Магнитный подвес своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 05.10.2024

Самое главное свойство магнитных подшипников это то, что при его вращении на оси не происходит механического контакта. Такие подшипники работают на принципе магнитной левитации. Бесконтактные подшипники могут быть двух видов: активные и пассивные. Активные магнитные подшипники работают на принципе электромагнитной левитации. А вот пассивные подшипники пока лишь перспективная разработка. Они должны работать за счет высокоэнергетических постоянных магнитов. Такая система пока демонстрирует высокую неустойчивость, но работы в этом направление ведутся.

Активный магнитный подшипник сегодня не редкость и уже давно применяется во многих механизмах. Но говорить о нём, как полном аналоге механическим подшипникам пока рано.

Принцип работы активных магнитных подшипников достаточно прост:

С помощью системы датчиков, которые следят за положением вала во время вращения, регулировкой тока в статорных обмотках можно корректировать положение вала ротора. Система пока сложная и дорогая. И говорить о революции в подшипниках пока рано, так как массовое применение активный магнитный подшипник в том виде, в котором он есть сейчас вряд ли приходится. Но прогресс просачивается в технику через науку. И то, что "умеет" магнитный подшипник, по сравнению с классическим механическим подшипником будет и дальше заставлять ученых работать над совершенствованием этих технологий.

А именно: с помощью магнитных подшипников удается полностью избежать физического контакта поверхностей при вращении. А значит нет трения. Что позволяет вовсе не использовать смазку, избежать механического износа деталей и существенно повысит КПД машин.

И вот случилось:

И то, что работы в этом направлении ведутся не пустые слова. Совсем недавно, а именно 2 декабря 2019 года Российские ученые Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) выяснили и озвучили новые физические механизмы магнитной левитации. Новые данные полученные учеными позволят расширить перспективы использования высокотемпературных сверхпроводников при создании новых двигателей, различных систем накопления энергии и в том числе и при создании подшипников. Главной особенностью сверхпроводников отсутствие электрического сопротивления. А также, сверхпроводники создают вокруг своего контура стабильное магнитное поле. Магнит, находящийся над таким сверхпроводником будет левитировать, а не упадет на него. Именно эти технологии позволят создать пассивные магнитный подшипник, который уже всерьёз можно будет рассматривать как реальный аналог механическому подшипнику. А это уже действительно полноценная техническая революция.

Пассивные магнитные подшипники (подвесы) на постоянных магнитах

Теорема (запрет) Ирншоу

В системе тел, взаимодействующих посредством полей, потенциал которых изменяется обратно пропорционально расстоянию от источника, и не способных к изотропному вытеснению полей взаимодействия из занимаемого пространства, устойчивое равновесие невозможно.

К полям, потенциал которых убывает пропорционально расстоянию от источника, относятся, в частности, гравитационное, магнитостатическое и электростатическое поле. Чтобы получить устойчивое равновесие в таких полях, необходимо сконструировать систему с минимумом потенциальной энергии в точке равновесия, т. е. создать в некоторой области пространства вокруг этой точки "потенциальную яму". Для этого можно использовать неоднородные среды, а также материалы, относительная диэлектрическая или относительная магнитная проницаемость которых меньше, чем у окружающей их среды. Если окружающей средой является воздух (вакуум), то устойчивое равновесие можно получить только в магнитостатическом поле, используя диамагнетики или сверхпроводники. Однако, поскольку относительная магнитная проницаемость известных диамагнетиков мало отличается от единицы, то и сила, возвращающая тело к положению равновесия, будет невелика. А использование сверхпроводящих материалов ограничено необходимостью их существенного охлаждения. Поэтому в практических конструкциях магнитных подшипников на постоянных магнитах имеется, как правило, хотя бы одна степень свободы, в направлении которой равновесие невозможно.

Схемы пассивных магнитных подшипников

Радиальные магнитные подшипники на постоянных магнитах

Рис. 1. Радиальные магнитные подшипники из цилиндрических и кольцевых магнитов, намагниченных аксиально.

Рис. 2. Радиальные магнитные подшипники из цилиндрических и кольцевых магнитов, намагниченных радиально.

Все радиальные магнитные подшипники имеют поперечную (радиальную) жесткость и неустойчивы в осевом направлении.

Аксиальные магнитные подшипники на постоянных магнитах

Рис. 3. Аксиальные магнитные подшипники из цилиндрических и кольцевых магнитов, намагниченных аксиально.

Рис. 4. Аксиальные магнитные подшипники из цилиндрических и кольцевых магнитов, намагниченных радиально.

Все аксиальные магнитные подшипники имеют продольную (осевую) жесткость и неустойчивы в радиальном направлении.

Примеры конструкций

На рис. 5 показан макет устройства, состоящего из вала с двумя пассивными радиальными магнитными подшипниками.

Рис. 5. Макет устройства с двумя пассивными радиальными магнитными подшипниками.

Каждый из подшипников состоит из двух постоянных магнитов - наружного кольцевого и внутреннего цилиндрического, намагниченных аксиально (схема 3 рис. 1). Для того, чтобы обеспечить устойчивость вала в осевом направлении, использована шаровая опора. С помощью регулировочного винта можно выставлять положение магнитов друг относительно друга таким образом, чтобы максимально уменьшить нагрузку на опору и снизить момент трения.

Намагничивание постоянных магнитов осуществлялось в установках намагничивания [5].

Самодельная магнитная подвеска: будет ли она работать?

Из последних жестких испытаний, которые пришлось пережить их автомобилям, самыми запоминающимися для меня стали:

Люки вместо колес

;

Раскаленная латунь на лобовое стекло (лава, лава, раскаленная лава…)

Бетонирование моторного отсека

Вкратце новый проект на базе Лада звучит так: самодельная магнитная подвеска.

Для эксперимента понадобилось восемь мощных поисковых магнитов, для каждого из которых потребуется 600 килограммов силы, только чтобы расцепить их. Мощная вещь! Но если поставить магниты одинаковыми полюсами и зафиксировать их друг напротив друга, получится, что с определенным усилием они будут отталкивать друг друга. А это уже заявка на магнитную автомобильную подвеску!

Все мы в детстве проводили подобные эксперименты с небольшими магнитами. Но, как показало видео и практика, проще сказать, чем сделать.

Алгоритм работ примерно следующий: снимаются амортизаторы и пружины. Затем монтируется металлическая балка между двумя колесами с четырьмя магнитами, установленными на ней. Далее устанавливается другая балка с еще 4 магнитами, уже на кузове автомобиля. Все это надежно сваривается. Поскольку магниты установлены одинаковой полярностью, направленной друг на друга, они должны отталкиваться друг от друга с достаточной силой, чтобы заменить собою пружины.

Ни для кого не является секретом тот факт, что подвеска – это одна из самых важных деталей любого автомобиля. Эта конструкция подразумевает выполнение широкого ряда задач, связанных с контролем движения, а также обеспечения комфортабельного перемещения, как транспорта, так и водителя. Существует большое количество различных видов автомобильных подвесок, среди которых различаются механические, пневматические, гидравлические и пр. конструкции. На данный момент все более широкое распространение получает так называемая электромагнитная подвеска. Это современное устройство, созданное по последним технологиям, все чаще встречается в автомобильном обиходе. В статье мы расскажем обо всех плюсах и минусах ЭМ-подвески, а также о перспективах развития подобных технологий.

Что такое электромагнитная подвеска автомобиля.

Автомобильная подвеска – это особая конструкция, состоящая из компонентов и механизмов, основная роль которых заключается в связи транспортного средства с плоскостью дороги, по которой происходит движение. Проще говоря, подвеска исполняет роль связующего звена между кузовом и плоскостью, по которой передвигается машина.

Основные элементы магнитной подвески.

Каждая электромагнитная подвеска состоит из определенного набора компонентов, обеспечивающих выполнение главной ее задачи:

Упругие конструкции, обладающие возможностью приема и передачи приложенных по вертикали сил.
Направляющие конструкции, формирующие схему движения колес транспорта, а также обеспечивающие связь колесного ряда между собой. Направляющие также отвечают за прием и передачу сил, приложенных по горизонтали. , основная задача которых заключается в понижении силы колебаний кузова при перемещении на плоскости дороги.

Обычные представители современных подвесок состоят из множества элементов, каждый из которых может выполнять широкий ряд задач. Но в то же время это поразительно сложные механизмы, каждая составляющая которого обладает уникальными свойствами. Такой подход к технологиям производства подвесок обеспечивает хороший прирост в показателях управляемости, комфортабельности и устойчивости транспортного средства.

ЭМ-подвески также обладают всеми вышеперечисленными компонентами, только в более совершенном, технологически улучшенном их варианте. Магнитная подвеска – это особый механизм, основой которого является электрический двигатель. Двигатель обладает двумя режимами хода, обеспечивающихся наличием упругого и демпфирующего элемента. За переключение между ними отвечает особый микроконтроллер. За счет подобной конструкции ЭМ-подвеска способна исполнять роль обычного автомобильного амортизатора.

Как работает магнитная подвеска

Современные механизмы, называемые магнитными подвесками, эксплуатируют принцип работы, в основе которого лежит явление электромагнетизма. Этот эффект описывает зависимость между двумя видами поля: электрического и магнитного.

Стандартные продукты, устанавливаемые на автомобилях, исполняют свою основную задачу благодаря таким элементам конструкции как пружины и упругие детали. Электромагнитные подвески, в качестве основных элементов, используют электромагниты. Именно из-за такого механического состава современные подвески и получили свое название.

Схема работы устройства заключается в создании особой системы управления (control system) путем установки на транспортное средство бортового компьютера. Данный компьютер, также именуемый электронным узлом, в real-time режиме снимает характеристики колесного ряда, и, в зависимости от них, посылает соответствующие команды. Управление осуществляется достаточно простым образом: схема намного проще по своей сути, чем те же пружины или гидравлические конструкции или маховик.

Производители

Как и любые другие изделия автомобильной промышленности, электромагнитные амортизаторы производятся несколькими разными концернами. Помимо маркетингового названия, в основе устройств от различных производителей лежит разная технология. Существуют три лидирующие компании, производящие электро подвески, каждая из которых выпускает изделия, работающие по отличному от других принципу. Мы подробно остановимся на всех трех компаниях и рассмотрим каждый продукт.

Электромагнитная подвеска Bose.

История данной технологии начинается в далеком 1980 году. Именно в начале 80-ых годов прошлого века, выдающийся профессор Амар Боуз, преподающий в университете на кафедре электромагнитных явлений, создал свое первое изделие. Им было проведено бесчисленное количество расчетов, и, после систематического анализа данных, получена оптимальная форма и характеристики автомобильной подвески. Так как профессор Амар Боуз по совместительству являлся главой компании Bose, его исследования позволили создать новый тип подвесок, эксплуатирующих принципы электромагнетизма. Опыты выдающегося ученого привлекли широкое внимание общественности и прямым образом повлияли на весь рынок автомобильной промышленности.

Подвеска Bose, доукомплектованная и усовершенствованная компанией, считается эталоном magnetic-подвески. Они, согласно проведенным испытаниям, практически на сто процентов справляются с возложенными задачами – нивелируют уровень любых возникающих колебаний. Основным компонентом продукта от организации Bose стал линейный электродвигатель, осуществляющий работу в двух режимах:

В качестве упругой составляющей.
В качестве демпфирующей составляющей.

Постоянные магниты, входящие в конструкцию, обеспечивают произведение возвратно-поступательных движений по всей длине обмотки статора. Такая технология не только надежно защищает автомобиль от колебаний в плоскости, но и позволяет повысить его управляемость до невообразимого уровня.

Данное изделие, обладающее высокими показателями простоты и надежности, впервые увидело свет в Швеции. В качестве основного элемента конструкции SKF используется особая капсула, составляющие которой – это особые электромагниты, магнитные амортизаторы.

При движении транспортного средства, главный компьютер получает данные с датчиков, установленных на колесах, считывая их характеристики в режиме реального времени. Тот же компьютер отвечает за передачу сигналов, изменяющих текучесть демпфирующей конструкции. Также изделие SKF подразумевает наличие пружин, внесенных в конструкцию для того, чтобы нивелировать колебания в случае отключения главного компьютера.

Основным компонентом продукта компании Delphi стал однотрубный электромагнитный амортизатор. Его внутренняя часть состоит из специального магнитного вещества (suspension), размеры которого колеблются в периоде от 3 до 12 микрон. Таких деталей в изделии примерно 30%, остальную часть занимает электромагнит в виде головки поршня и специальное покрытие, препятствующее выливанию вещества наружу. Управление электромагнитом также осуществляется с электронного узла, автоматическим образом.
В момент задействования магнитного поля на вещество, находящееся внутри амортизатора, происходит следующее: частицы субстанции принимают особую, упорядоченную структуру. Благодаря этому повышается показатель вязкости субстанции, с помощью чего и переключается режим работы.

Можно ли установить электромагнитную подвеску своими руками.

Однозначно – нет. Такая технология предполагает использование достаточно внушительного количества производственных сил и техник. В устройстве всех деталей расположены особо чувствительные компоненты, установка и настройка которых является нетривиальной задачей. За подобный продукт и его установку придется отдать достаточное количество денег, но технология однозначно того стоит. Изделие изначально предусматривалось для работы с сегментом машин более высокого класса, чем эконом.

Плюсы и минусы магнитных подвесок

Как и любое другое изделие, ЭМ подвеска обладает своими характеристиками и качествами. При установке подобной конструкции на свою машину вы получаете достаточно внушительный прирост, в плане ее управляемости. Также стоит отметить такие преимущества:

Более мягкий, плавный ход.
Высокая скорость отклика бортового компьютера, что также повышает уровень управляемости.
Экономия потребляемой энергии.
Многофункциональность – есть возможность выбрать между автоматическим и механическим режимом работы.

Перспективы появления магнитных подвесок на серийных авто и развития технологии.

На данный момент времени появление такого элемента конструкции как ЭМ подвеска позволило всей автомобильной промышленности совершить огромный рывок. Подобные устройства гарантируют новую эру повышенных ходовых характеристик машин. Несмотря на то, что такие изделия пока еще не применяются в качестве конструкции передней подвески, уже можно с уверенностью сказать, что с их помощью можно расширить возможности автомобилей.

Заключение

С созданием ЭМ-амортизатора повысился интерес ко всем технологиям, в основе которых лежит принцип электромагнетизма. Некоторые модели изделия также способны исполнять роль генератора, позволяющего преобразить все неровности дорог в настоящую и полноценную энергию. Сложно представить, но каждая кочка, яма или выбоина позволит машине пополнять запасы энергии и, к примеру, увеличивать продолжительность хода. Смотря на подобные технологии, можно с уверенностью сказать, что будущее действительно уже не за горами!

Читайте также: