Историческая справка. 
Магнитные опоры станков

Первые примеры практического использования активных магнитных подвесов относятся к 40-м годам XX столетия. Они описаны в работах Д. Бимса по созданию ультрацентрифуг и роторных вакуумметров, Д. Хризенгера по подвеске моделей в аэродинамических трубах и О. Г. Кацнельсона и А. С. Эдельштейна по созданию весоизмерительных приборов. Подробное описание конструктивных и схемных решений, использованных в перечисленных работах.

Классическим примером первых подвесов может служить вакуумметр Д. Бимса (рис. 1.1), сыгравший большую роль в развитии исследований по магнитным подвесам. Ротор6, представляющий собой ферромагнитный шарик, подвешен внутри стеклянного вакуумного баллона 5 с помощью электромагнита 4. Ток в электромагните управляется по сигналу индуктивпого датчика 2 системой автоматического регулирования САР. Так как магнитная индукция на оси сердечника электромагнита максимальна, то невращающийся шарик устойчив и в горизонтальных направлениях. Вращающийся же шарик перейти собственную частоту горизонтальных колебаний без демпфирования не может. Роль демпфера горизонтальных колебаний шарика выполняет намагниченная стальная игла 7 с поплавком 8, помещенные в стакан 1 с маслом. При колебаниях игла следует за шариком и демпфирует их. Разгон ротора осуществляется обмотками 3, создающими вращающееся магнитное поле. Частота вращения шарика измеряется оптическим способом. Давление в баллоне измеряется по скорости снижения частоты вращения ротора на выбеге. Симметричность и однородность шарика и аксиальная симметричность магнитного поля электромагнита обеспечивают практическое отсутствие вихревых токов и тормозящего момента.

Рисунок 1.1 — Роторный вакууметр Д. Бимса: 1 — стакан с маслом; 2 индуктивный датчик; 3 обмотка; 4 электромагнит; 5 стеклянный вакуумный баллон; 6 Ротор; 7 стальная игла; 8 поплавок.

Описанный подвес находит широкое применение при создании различного рода центрифуг. Интересно отметить, что с помощью такого подвеса Д. Бимс в 1954 году получил максимальную частоту вращения шарика диаметром 0,4 мм, равную 48 млн об/мин (окружная скорость 1000 м/с). В 1961 году была достигнута фантастическая частота вращения 100 млн об/мин.

С 1960;х годов активные магнитные подвесы стали применяться в активных магнитных подшипниках вращающихся валов. Первый радиальный АМН был предложен и испытан в 1960 году Р. Сикссмитом [69]. Работа Р. Сикссмита показала реальную возможность использования магнитных подвесов в опорных узлах валов и послужила новым импульсом к проведению интенсивных разработок АМП и их практическому применению в самых различных областях техники.

В России (бывшем СССР) первые существенные практические успехи были достигнуты во Всесоюзном научно-исследовательском институте электромеханики (ВНИИЭМ, Москва) при создании уникальных электромеханических комплексов для космической техники, используемых для управления ориентацией орбитальных станций «Салют» и «Мир». Первые успехи по применению подвесов в области приборостроения и средств автоматики были получены в Московском авиационном институте, Московском энергетическом институте и Научно-исследовательском институте прикладной математики и кибернетики. Первый высокоскоростной шлифовальный электрошпиндель с АМП был создан и испытан в Псковском политехниеском институте. Работы по созданию шпинделей с АМП проводились в Экспериментальном научно-исследовательском институте металлорежущих станков.

Среди зарубежных разработчиков АМП следует особо выделить французскую фирму Societe de Mecanique Magnetique (S2M) — первую в мире коммерческую фирму, специализирующуюся на выпуске АМП для машин самого различного назначения. Фирму S2M основал в 1976 году X. Хаберманн. ему же принадлежит большое число приоритетных конструктивных решений. Подробный обзор разработок фирмы S2M до 1980 года выполнен Г. А. Лучиным.

Анализ публикаций показывает, что развитие АМП идет в следующих направлениях:

• o расширение сфер применения АМП;
• o методы управления АМП для гироскопических и гибких роторов (оптимальное, адаптивное, нелинейное, цифровое и другие виды управления);
• o прецизионные АМП;
• o гибридные АМН (с использованием постоянных магнитов); динамика роторов в АМП; идентификация параметров систем с АМП; бездатчиковые АМП;
• o бесподшипниковые электродвигатели (совмещение АМП с электрической машиной); микроАМП;
• o сверхпроводящие подвесы; усилители мощности; потери в АМП; страховочные подшипники.