Principio de funcionamiento y clasificación de los cojinetes magnéticos

 

Cojinete magnéticoLos sistemas se pueden dividir en tres categorías según sus principios de funcionamiento: cojinetes magnéticos activos, cojinetes magnéticos pasivos y cojinetes magnéticos híbridos.

 

Cojinete magnético activo

 

Los cojinetes magnéticos activos utilizan una fuerza electromagnética controlable para levitar el eje giratorio. Este sistema se compone principalmente de rotores, solenoides, sensores, controladores y amplificadores de potencia. Los solenoides están montados sobre un estator suspendido en un campo magnético generado por electroimanes dispuestos radialmente. Cada electroimán cuenta con uno o más sensores que monitorizan continuamente los cambios en la posición del eje. La señal de salida del sensor, mediante el sistema de control electrónico, corrige la corriente que circula por el electroimán para controlar su fuerza de atracción, de modo que el eje giratorio opere de forma estable y equilibrada, cumpliendo con los requisitos de precisión establecidos.

 

Los cojinetes magnéticos activos se pueden clasificar en cojinetes de control de corriente y cojinetes de control de voltaje según sus diferentes métodos de control, y en cojinetes magnéticos radiales y cojinetes magnéticos axiales según sus diferentes métodos de soporte. Actualmente, entre los cojinetes magnéticos activos, el más utilizado es el cojinete magnético de control de corriente continua (CC).

 

La parte mecánica del cojinete magnético activo generalmente se compone de un cojinete radial y un cojinete axial. El cojinete radial está compuesto por un estator (electroimán) y un rotor; los cojinetes axiales constan de un estator (electroimán) y una placa de empuje.

 

Debido a que el cojinete magnético activo ofrece ventajas en cuanto a la posición del rotor, la rigidez del cojinete y la amortiguación, que pueden determinarse mediante el sistema de control, se ha convertido en el más utilizado en el campo de la levitación magnética. La investigación sobre cojinetes magnéticos activos siempre ha sido un foco central en la investigación de la tecnología de levitación magnética. Tras años de arduo trabajo, su teoría y métodos de diseño se han perfeccionado cada vez más.

 

Rodamiento magnético pasivo

 

Como tipo de cojinete magnético, el cojinete magnético pasivo posee ventajas únicas: es pequeño, no consume energía y tiene una estructura simple. La principal diferencia entre los cojinetes magnéticos pasivos y los activos radica en que los primeros no cuentan con un sistema de control electrónico activo, sino que utilizan las características del propio campo magnético para levitar el eje giratorio. Actualmente, los cojinetes magnéticos pasivos más utilizados son los de imanes permanentes. Estos se dividen en dos tipos: de repulsión y de succión.

 

Los cojinetes magnéticos permanentes pasivos pueden utilizarse como cojinetes radiales y axiales, ambos de succión o repulsión. Dependiendo de la dirección de magnetización y la posición relativa del anillo magnético, los cojinetes magnéticos permanentes presentan diversas estructuras de circuito magnético. Sin embargo, existen dos estructuras básicas.

 

El otro tipo de cojinete magnético pasivo se basa en la fuerza de succión que actúa entre los componentes magnéticos blandos magnetizados. Cuando el componente del rotor se mueve radialmente, el efecto de succión proviene del cambio en la magnetorresistencia, por lo que también se denomina "cojinete magnetoresistivo". Este tipo de cojinete se puede diseñar de manera que la parte del imán permanente no gire, y solo lo haga la parte de hierro dulce, lo que proporciona una mayor estabilidad al sistema.

 

La combinación de los efectos estabilizadores de los cojinetes de reluctancia y los solenoides activos da como resultado un sistema de cojinetes magnéticos con un consumo mínimo de energía.

 

rodamientos magnéticos híbridos

 

Los cojinetes magnéticos híbridos se componen de cojinetes magnéticos activos, cojinetes magnéticos pasivos y otras estructuras auxiliares de soporte y estabilización, conformando un sistema de cojinetes magnéticos combinado. Este sistema tiene en cuenta las características integrales de los cojinetes magnéticos activos y pasivos.

 

El cojinete magnético híbrido utiliza el campo magnético generado por el imán permanente para reemplazar el campo magnético de polarización estática del electroimán, lo que no solo reduce significativamente el consumo de energía del amplificador de potencia, sino que también reduce a la mitad el número de amperios-vueltas del electroimán, reduce el volumen del cojinete magnético y mejora la capacidad de carga.

 

Dado que un imán permanente genera un campo magnético de polarización y un electroimán genera un campo magnético controlado, los cojinetes magnéticos híbridos descentrados de imán permanente presentan las siguientes ventajas:

 

1) El imán permanente se utiliza para proporcionar el campo magnético estático de polarización, y el electroimán solo proporciona el campo magnético de control para equilibrar la carga o la interferencia externa, lo que puede evitar la pérdida de potencia causada por la corriente de polarización del sistema y reducir el calentamiento de la bobina.

 

2) El número de vueltas que requiere el electroimán del cojinete magnético híbrido es mucho menor que el del cojinete magnético activo, lo que contribuye a reducir el volumen del cojinete y ahorrar materiales. Este tipo de cojinete presenta las ventajas de un tamaño reducido, un peso ligero y una alta eficiencia, y resulta idóneo para la miniaturización y aplicaciones de tamaño reducido.