В Мадридском университете имени Карлоса III по заказу Европейского космического агентства создали систему передачи крутящего момента, практически лишённую трения. В ней используется принцип магнитной левитации. Внутри привода магнитное поле постоянно обеспечивает зазор между движущимися частями. Это препятствует их истиранию, нагреву и температурным деформациям. Такой подход решает сразу множество проблем и повышает надёжность механических узлов. Он разрабатывался с прицелом на космическую отрасль, но может стать революционным и для обычной техники.

Разработчики маглевного привода и его прототип (фото: uc3m.es).
Разработчики маглевного привода и его прототип (фото: uc3m.es).

Принцип магнитной подушки используется у скоростных поездов типа Maglev. Они популярны в Китае и Японии, где на отдельных участках пути разгоняются до скоростей свыше пятисот километров в час.

Огромные составы мчатся в считанных миллиметрах над магистралью, удерживаясь магнитным полем. Они практически не испытывают трения о рельсы, а потери энергии возникают лишь за счёт аэродинамического сопротивления. В глубоком вакууме космоса его не будет, поэтому маглевная механическая система окажется ещё и самой эффективной по затратам энергии.

Прототип маглевного привода (фото: magdrive.eu).
Прототип маглевного привода (фото: magdrive.eu).

С её помощью решается проблема трения в манипуляторах, различных актуаторах, складных опорах, приводах антенн и солнечных батарей. Обычные антифрикционные составы попросту замёрзнут при температуре около двухсот градусов ниже ноля. Именно из-за недостатков механических узлов срывались десятки космических программ. Спутники не могли расстыковаться или раскрыть солнечные панели, на АМС заклинивало механизм поворота антенны, а у марсоходов блокировались колёса. Недавно зонд Philae не смог закрепиться на комете из-за того, что не сработали гарпуны.

«Срок службы устройств на основе магнитной левитации может быть гораздо больше, чем у обычных механизмов. Они даже смогут длительно работать в условиях сверхнизких температур», – поясняет сотрудник кафедры машиностроения Мадридского университета и руководитель проекта Эфрен Диез Хименес (Efren Diez Jimenez). Он добавил, что устройство будет продолжать работать даже после сильной перегрузки. «Если ось блокируется, то части механизма просто скользят и ничего не ломается».

Бесконтактная передача крутящего момента (фото: sanjorgetecnologicas.com).
Бесконтактная передача крутящего момента (фото: sanjorgetecnologicas.com).

Маглевный привод был создан в рамках международного проекта MAGDRIVE. В нём принимают участие с 2010 года семь европейских стран. Изначальной целью проекта было создание надёжных механических узлов для космической техники. Однако на волне успеха разработчики вышли за рамки исходной задачи и создали два прототипа для разных областей применения.

Первый из них проектировался согласно требованиям ЕКА. Из-за возможности работы при низких температурах в нём используются сверхпроводящие магниты, которые также устраняют дисбаланс и стабилизируют вращающиеся части относительно общей оси.

Общая схема маглевного привода (изображение: sagepub.com).
Общая схема маглевного привода (изображение: sagepub.com).

Второй прототип ориентирован уже на использование в земных условиях. Он рассчитан на комнатную температуру и содержит постоянные магниты вместо зубцов передаточных механизмов. Они ориентированы так, что разнонаправленные силы притяжения и отталкивания задают взаимное положение деталей конструкции. Магнитные редукторы и безфрикционные системы могут найти широчайшее применение в автомобилестроении, железнодорожной отрасли, тяжёлой промышленности… Словом, – везде, где сейчас используются традиционные подшипники и передаточные механизмы.

Разработчики также указывают на дополнительное преимущество маглевных приводов для таких областей, как фармацевтическая и пищевая промышленность. На таких производствах установлены повышенные требования к чистоте всех операций, но соблюдать их на практике крайне сложно. Загрязнение продукции машинным маслом из редуктора – частая проблема, знакомая даже на бытовом уровне многим владельцам блендеров.

«Без сомнений, работающий при комнатной температуре прототип окажет огромное влияние на всю промышленность», – комментируют разработчики.