اصول کار و طبقه بندی یاتاقان های مغناطیسی

 

بلبرینگ مغناطیسیسیستم‌ها را می‌توان بر اساس اصول کارشان به سه دسته تقسیم کرد: یاتاقان مغناطیسی فعال، یاتاقان مغناطیسی غیرفعال و یاتاقان مغناطیسی هیبریدی.

 

یاتاقان مغناطیسی فعال

 

یاتاقان‌های مغناطیسی فعال از نیروی الکترومغناطیسی قابل کنترل برای شناور کردن شفت چرخان استفاده می‌کنند که عمدتاً از روتورها، سلونوئیدها، حسگرها، کنترل‌کننده‌ها و تقویت‌کننده‌های قدرت تشکیل شده است. سلونوئیدها بر روی یک استاتور نصب شده‌اند که در یک میدان مغناطیسی تولید شده توسط آهنرباهای الکتریکی قرار گرفته در تقارن شعاعی معلق است و هر کدام از آنها به یک یا چند حسگر مجهز هستند تا به طور مداوم تغییرات موقعیت شفت را رصد کنند. سیگنال خروجی از سنسور، با کمک سیستم کنترل الکترونیکی، جریان عبوری از آهنربای الکتریکی را اصلاح می‌کند تا جاذبه آهنربای الکتریکی را کنترل کند، به طوری که شفت چرخان در حالت پایدار و متعادل کار کند و به الزامات دقت خاصی دست یابد.

 

یاتاقان‌های مغناطیسی فعال را می‌توان بر اساس روش‌های مختلف کنترل به کنترل جریان و کنترل ولتاژ تقسیم کرد و بر اساس روش‌های مختلف پشتیبانی می‌توان آنها را به یاتاقان‌های مغناطیسی شعاعی و یاتاقان‌های مغناطیسی محوری تقسیم کرد. در حال حاضر، در بین یاتاقان‌های مغناطیسی فعال، پرکاربردترین آنها یاتاقان مغناطیسی کنترل‌شده با جریان مستقیم است.

 

بخش مکانیکی یاتاقان مغناطیسی فعال عموماً از یک یاتاقان شعاعی و یک یاتاقان محوری تشکیل شده است و یاتاقان شعاعی از یک استاتور (آهنربای الکتریکی) و یک روتور تشکیل شده است؛ یاتاقان‌های محوری از یک استاتور (آهنربای الکتریکی) و یک صفحه محوری تشکیل شده‌اند.

 

از آنجا که یاتاقان مغناطیسی فعال مزایای موقعیت روتور را دارد، سختی و میرایی یاتاقان را می‌توان توسط سیستم کنترل تعیین کرد، بیشترین کاربرد را در زمینه شناوری مغناطیسی داشته است و تحقیقات یاتاقان مغناطیسی فعال همیشه محور تحقیقات فناوری شناوری مغناطیسی بوده است. پس از سال‌ها کار سخت، نظریه و روش‌های طراحی آن بیشتر و بیشتر بالغ شده است.

 

یاتاقان مغناطیسی غیرفعال

 

یاتاقان مغناطیسی غیرفعال به عنوان نوعی یاتاقان مغناطیسی، مزایای منحصر به فرد خود را دارد، از جمله اندازه کوچک، عدم مصرف برق و ساختار ساده. بزرگترین تفاوت بین یاتاقان‌های مغناطیسی غیرفعال و یاتاقان‌های مغناطیسی فعال این است که نوع اول سیستم کنترل الکترونیکی فعال ندارد، اما از ویژگی‌های خود میدان مغناطیسی برای شناور کردن شفت چرخان استفاده می‌کند. در حال حاضر، پرکاربردترین یاتاقان‌های مغناطیسی غیرفعال، یاتاقان‌های آهنربای دائمی متشکل از آهنرباهای دائمی هستند. یاتاقان‌های آهنربای دائمی را می‌توان به دو نوع تقسیم کرد: نوع دافعه و نوع مکش.

 

یاتاقان‌های آهنربای دائمی غیرفعال می‌توانند هم به عنوان یاتاقان‌های شعاعی و هم به عنوان یاتاقان‌های رانشی (یاتاقان‌های محوری) استفاده شوند که هر دو می‌توانند مکشی یا دافعه‌ای باشند. بسته به جهت مغناطش و موقعیت نسبی حلقه مغناطیسی، یاتاقان‌های آهنربای دائمی ساختارهای مدار مغناطیسی متنوعی دارند. اما دو ساختار اساسی وجود دارد

 

نوع دیگر یاتاقان مغناطیسی غیرفعال بر اساس نیروی مکش است که بین اجزای مغناطیسی نرم مغناطیسی شده عمل می‌کند. هنگامی که جزء روتور به صورت شعاعی حرکت می‌کند، اثر مکش از تغییر مقاومت مغناطیسی ناشی می‌شود، بنابراین به آن "یاتاقان مغناطیسی مقاومتی" نیز گفته می‌شود. این نوع یاتاقان را می‌توان طوری طراحی کرد که قسمت آهنربای دائمی نچرخد و فقط قسمت آهن نرم بچرخد، به طوری که سیستم از پایداری بهتری برخوردار باشد.

 

ترکیب اثرات پایدارسازی یاتاقان‌های رلوکتانسی و سلونوئیدهای فعال، منجر به یک سیستم یاتاقان مغناطیسی با حداقل مصرف انرژی می‌شود.

 

یاتاقان‌های مغناطیسی هیبریدی

 

یاتاقان‌های مغناطیسی هیبریدی بر اساس یاتاقان‌های مغناطیسی فعال، یاتاقان‌های مغناطیسی غیرفعال و برخی دیگر از سازه‌های کمکی و پایدارکننده - نوعی سیستم یاتاقان مغناطیسی ترکیبی - ساخته می‌شوند. این سیستم ویژگی‌های جامع یاتاقان‌های مغناطیسی فعال و یاتاقان‌های مغناطیسی غیرفعال را در نظر می‌گیرد.

 

یاتاقان مغناطیسی هیبریدی از میدان مغناطیسی تولید شده توسط آهنربای دائمی برای جایگزینی میدان مغناطیسی بایاس استاتیک آهنربای الکتریکی استفاده می‌کند که نه تنها می‌تواند مصرف برق تقویت‌کننده توان را به میزان قابل توجهی کاهش دهد، بلکه تعداد دورهای آمپر آهنربای الکتریکی را نیز به نصف کاهش می‌دهد، حجم یاتاقان مغناطیسی را کاهش می‌دهد و ظرفیت تحمل بار را بهبود می‌بخشد.

 

از آنجایی که یک میدان مغناطیسی بایاس توسط یک آهنربای دائمی تولید می‌شود و یک میدان مغناطیسی کنترل‌شده توسط آهنربای الکتریکی تولید می‌شود، یاتاقان‌های مغناطیسی هیبریدی آفست آهنربای دائمی مزایای زیر را دارند:

 

۱) آهنربای دائمی برای تأمین میدان مغناطیسی استاتیک بایاس استفاده می‌شود و آهنربای الکتریکی فقط میدان مغناطیسی کنترلی را برای متعادل کردن بار یا تداخل خارجی فراهم می‌کند که می‌تواند از اتلاف توان ناشی از جریان بایاس سیستم جلوگیری کرده و گرمایش سیم‌پیچ را کاهش دهد.

 

۲) تعداد دور مورد نیاز برای آهنربای الکتریکی یاتاقان مغناطیسی هیبریدی بسیار کمتر از یاتاقان مغناطیسی فعال است که منجر به کاهش حجم یاتاقان مغناطیسی و صرفه‌جویی در مواد می‌شود. این نوع یاتاقان مزایای اندازه کوچک، وزن سبک و راندمان بالا را دارد و برای کوچک‌سازی و کاربردهای کوچک مناسب است.