Пасивні магнітні підшипники (підвіси) на постійних магнітах

Теорема (заборона) Ірншоу

В системі тіл, що взаємодіють за допомогою полів, потенціал яких змінюється обернено пропорційно відстані від джерела, і не здатних до ізотропному витіснення полів взаємодії із займаного простору, стійка рівновага неможливо.

До полях, потенціал яких убуває пропорційно відстані від джерела, відносяться, зокрема, гравітаційне, магнитостатическое і електростатичне поле. Щоб отримати стійку рівновагу в таких полях, необхідно сконструювати систему з мінімумом потенційної енергії в точці рівноваги, т. Е. Створити в деякій області простору навколо цієї точки "потенційну яму". Для цього можна використовувати неоднорідні середовища, а також матеріали, відносна діелектрична або відносна магнітна проникність яких менше, ніж у навколишнього середовища. Якщо навколишнім середовищем є повітря (вакуум), то стійку рівновагу можна отримати тільки в магнитостатическое поле, використовуючи Діамагнетик або надпровідники. Однак, оскільки відносна магнітна проникність відомих діамагнетіков мало відрізняється від одиниці, то і сила, яка повертає тіло до положення рівноваги, буде невелика. А використання надпровідних матеріалів обмежена необхідністю їх істотного охолодження. Тому в практичних конструкціях магнітних підшипників на постійних магнітах є, як правило, хоча б одна ступінь свободи, в напрямку якої рівновагу неможливо.

Схеми пасивних магнітних підшипників

Радіальні магнітні підшипники на постійних магнітах

Мал. 1. Радіальні магнітні підшипники з циліндричних і кільцевих магнітів, намагнічених аксіально.

Мал. 2. Радіальні магнітні підшипники з циліндричних і кільцевих магнітів, намагнічених радіально.

Всі радіальні магнітні підшипники мають поперечну (радіальну) жорсткість і нестійкі в осьовому напрямку.

Аксіальні магнітні підшипники на постійних магнітах

Мал. 3. Аксіальні магнітні підшипники з циліндричних і кільцевих магнітів, намагнічених аксіально.

Мал. 4. Аксіальні магнітні підшипники з циліндричних і кільцевих магнітів, намагнічених радіально.

Все аксіальні магнітні підшипники мають подовжню (осьову) жорсткість і нестійкі в радіальному напрямку.

На рис. 5 показаний макет пристрою, що складається з вала з двома пасивними радіальними магнітними підшипниками.

Пасивні магнітні підшипники (підвіси) на постійних магнітах

Мал. 5. Макет пристрою з двома пасивними радіальними магнітними підшипниками.

Кожен з підшипників складається з двох постійних магнітів - зовнішнього кільцевого і внутрішнього циліндричного, намагнічених аксіально (схема 3 рис. 1). Для того, щоб забезпечити стійкість вала в осьовому напрямку, використана кульова опора. За допомогою регулювального гвинта можна виставляти положення магнітів один щодо одного таким чином, щоб максимально зменшити навантаження на опору і знизити момент тертя.

Намагнічення постійних магнітів здійснювалося в установках намагнічування [5].

Аксіальний підшипник - осесиметричних підшипник, який створює протидію поздовжнім (осьовим) навантажень.
Ірншоу теорема (заборона) - правило неможливості стійкої рівноваги в системі тіл, що взаємодіють за допомогою полів, потенціал яких змінюється обернено пропорційно відстані від джерела, і не здатних до ізотропному витіснення полів взаємодії із займаного простору.
Магнітний підвіс - пристрій для розвантаження опори, чинне за рахунок сил магнітного тяжіння або відштовхування.
Магнітний підшипник - підшипник, принцип роботи якого заснований на використанні сил магнітного тяжіння або відштовхування.
Підшипник - вузол, що з'єднує окремі елементи конструкції, що забезпечує їм деяку кількість ступенів свободи один щодо одного.
Радіальний підшипник - осесиметричних підшипник, який створює протидію поперечним (радіальним) навантажень.