Passiiviset magneettilaakerit

Abstract

Työssä selvitetään mitä passiiviset magneettilaakerit ovat ja kuinka käyttökelpoisia ne ovat verrattuna vaihtoehtoiseen tekniikkaan. Vaihtoehtoisena tekniikkana käytetään aktiivisia magneettilaakereita ja hybridejä magneettilaakereita, ja vähemmässä määrin myös mekaanisia laakereita. Työssä käydään myös läpi eri laskutapoja ja niiden soveltuvuutta laskettaessa passiivisien magneettilaakereihin liittyviä laskuja, kuten myös erilaisia magneettien kasaustekniikoita ja muilla tekniikoilla kuin kestomagneeteilla toteutettuja passiivisia magneettilaakereita. Lisäksi käydään läpi, minkä suuruiset mittasuhteet laakereilla ja niihin liitetyillä magneeteilla pitäisi olla. Lopussa käydään läpi auttaisiko johtava kerros staattorin tai roottorin magneettien välissä, tehdään johtopäätökset verrattuna aktiivisiin- ja hybrideihin magneettilaakereihin ja tehdään yhteenveto passiivisen magneettilaakeritekniikan nykyasemasta.

Työ on kirjoitettu lähinnä IEEE- ja Elsevier-tietokannoista löytyvillä dokumenteilla, etsien passiivisiin magneettilaakereihin ja edellä mainittuihin tutkimuskohteisiin viittaavia dokumentteja. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksen muodossa. Työssä on lähteenä myös Suomen eduskunnan tulevaisuusvaliokunnan julkaisu, jossa selvitettiin kitkattomien pintojen ja levitaation yleiskuvausta ja etenemistä.

Työn lopputuloksena on selvitys passiivisista magneettilaakereista ja niiden hyödyistä ja haitoista, mutta myös siitä, että tekniikka vaatii lisää tutkimusta, jotta sitä voitaisiin käyttää suuremmassa määrin teollisuudessa. Passiivisilla magneettilaakereilla on vielä monia heikkouksia mekaanisiin laakereihin, aktiivisiin magneettilaakereihin ja hybrideihin magneettilaakereihin verrattuna ja kyseiset heikkoudet karsivat niiden käyttökohteita. Heikkouksien lisäksi passiivisilla magneettilaakereilla on kuitenkin monia hyviä puolia, joiden vuoksi niitä käytetään ainakin osana monenlaisissa prosesseissa. Johtava kerros staattorin tai roottorin magneettien välissä vaikuttaa erittäin lupaavalta parannukselta passiiviseen magneettilaakeritekniikkaan, vähentäen sen negatiivisia puolia. Ei ole olemassa laakerityyppiä, joka sopisi parhaiten kaikissa tilanteissa, vaan parhaan laakerin valinta riippuu vahvasti tarvittavista ominaisuuksista kyseisessä yksittäisessä prosessissa.

In this study it is explained what passive magnetic bearings are and how useful they are compared to alternative technology. Active magnetic bearings and hybrid magnetic bearings are used as alternative technology, also with a lesser importance, mechanical bearings. This study also goes through different mathematical methods and their superiority while calculating calculations concerning passive magnetic bearings, as well as different kind of assembly techniques, and passive magnetic bearings made with other techniques than permanent magnets. In addition, the study goes through what kind of dimensions the bearings and combined magnets should have. In the end, the study goes through if a conductive layer between the stator’s or rotor’s magnets would help, reach conclusions compared to active and hybrid magnetic bearings and summarize the current position of the magnetic bearing technology.

The study is mostly written with documents from the IEEE- and Elsevier-databases, searching for documents concerning passive magnetic bearings and above-mentioned research subjects. The study is done in a form of a literature overview. The study also has a source from the Finnish Committee for the Future, which investigated the overview and progression of frictionless surfaces and levitation.

The result of this study is an explanation of passive magnetic bearings and their advantages and disadvantages, but also that the technology needs more research for it to be used to a greater extent in the industry. Passive magnetic bearings still have many disadvantages compared to mechanical bearings, active magnetic bearings and hybrid magnetic bearings, and those disadvantages cut down on their applications. In addition to the disadvantages passive magnetic bearings have many advantages, because of which they are used at least as a part in many different processes. A conductive layer between stator’s or rotor’s magnets seems like a very promising improvement to the passive magnetic bearing technology, reducing it’s downsides. There is no single type of bearing which would fit best for every situation, but the choice of the best kind of bearing depends strongly of the necessary features in a single separate process.