مبدأ عمل وتصنيف المحامل المغناطيسية

 

محمل مغناطيسييمكن تقسيم الأنظمة إلى ثلاث فئات وفقًا لمبادئ عملها: المحامل المغناطيسية النشطة، والمحامل المغناطيسية السلبية، والمحامل المغناطيسية الهجينة.

 

محمل مغناطيسي نشط

 

تستخدم المحامل المغناطيسية النشطة قوة كهرومغناطيسية قابلة للتحكم لرفع العمود الدوار، والذي يتكون أساسًا من دوارات وملفات لولبية ومستشعرات ووحدات تحكم ومضخمات طاقة. تُركّب الملفات اللولبية على جزء ثابت معلق في مجال مغناطيسي تولده مغانط كهربائية موضوعة بتناظر شعاعي، كل منها مزود بمستشعر واحد أو أكثر لمراقبة تغيرات موضع العمود باستمرار. تعمل إشارة الخرج من المستشعر، بمساعدة نظام التحكم الإلكتروني، على تصحيح التيار المار عبر المغناطيس الكهربائي، وذلك للتحكم في قوة جذب المغناطيس، مما يضمن دوران العمود في حالة مستقرة ومتوازنة، وتحقيق متطلبات دقة محددة.

 

يمكن تقسيم المحامل المغناطيسية النشطة إلى محامل ذات تحكم بالتيار ومحامل ذات تحكم بالجهد، وذلك وفقًا لطرق التحكم المختلفة. كما يمكن تقسيمها إلى محامل مغناطيسية شعاعية ومحامل مغناطيسية محورية، وذلك وفقًا لطرق الدعم المختلفة. وفي الوقت الحالي، يُعد المحمل المغناطيسي ذو التحكم بالتيار المستمر الأكثر استخدامًا بين المحامل المغناطيسية النشطة.

 

يتكون الجزء الميكانيكي من المحمل المغناطيسي النشط بشكل عام من محمل شعاعي ومحمل محوري، ويتكون المحمل الشعاعي من الجزء الثابت (المغناطيس الكهربائي) والجزء الدوار؛ أما المحامل المحورية فتتكون من الجزء الثابت (المغناطيس الكهربائي) ولوحة الدفع.

 

نظراً لمزايا المحمل المغناطيسي النشط، كإمكانية تحديد موضع الدوار وصلابة المحمل وتخميده بواسطة نظام التحكم، فقد أصبح الأكثر استخداماً في مجال الرفع المغناطيسي، ولطالما كان البحث في المحمل المغناطيسي النشط محوراً أساسياً في أبحاث تكنولوجيا الرفع المغناطيسي. وبعد سنوات من العمل الدؤوب، أصبحت نظريات وأساليب تصميمه أكثر نضجاً.

 

محمل مغناطيسي سلبي

 

يتميز المحمل المغناطيسي السلبي، كنوع من أنواع المحامل المغناطيسية، بمزايا فريدة، فهو صغير الحجم، ولا يستهلك طاقة، وبسيط التركيب. ويكمن الفرق الأبرز بين المحامل المغناطيسية السلبية والمحامل المغناطيسية النشطة في أن الأولى لا تحتوي على نظام تحكم إلكتروني نشط، بل تستخدم خصائص المجال المغناطيسي نفسه لرفع العمود الدوار. وتُعد محامل المغناطيس الدائم، المكونة من مغناطيسات دائمة، الأكثر استخدامًا حاليًا بين المحامل المغناطيسية السلبية. ويمكن تقسيم محامل المغناطيس الدائم إلى نوعين: محامل التنافر ومحامل الامتصاص.

 

يمكن استخدام محامل المغناطيس الدائم السلبية كمحامل شعاعية ومحامل دفع (محاور)، وكلاهما قد يكون شفطًا أو تنافرًا. وتتنوع هياكل الدوائر المغناطيسية لمحامل المغناطيس الدائم تبعًا لاتجاه التمغنط والموضع النسبي للحلقة المغناطيسية. إلا أن هناك هيكلين أساسيين.

 

يعتمد النوع الآخر من المحامل المغناطيسية السلبية على قوة الشفط، التي تعمل بين المكونات المغناطيسية اللينة الممغنطة. عندما يتحرك الجزء الدوار شعاعيًا، ينشأ تأثير الشفط من تغير المقاومة المغناطيسية، ولذلك يُطلق عليه أيضًا اسم "المحمل المغناطيسي المقاوم". يمكن تصميم هذا النوع من المحامل بحيث لا يدور الجزء المغناطيسي الدائم، ويدور فقط الجزء الحديدي اللين، مما يُحسّن استقرار النظام.

 

ينتج عن الجمع بين التأثيرات المثبتة لمحامل التردد المغناطيسي والملفات اللولبية النشطة نظام محمل مغناطيسي باستهلاك طاقة ضئيل.

 

محامل مغناطيسية هجينة

 

تُصنع المحامل المغناطيسية الهجينة من محامل مغناطيسية فعالة، ومحامل مغناطيسية غير فعالة، وبعض الهياكل الداعمة والمثبتة المساعدة الأخرى - وهو نوع من أنظمة المحامل المغناطيسية المركبة. ويأخذ هذا النظام في الاعتبار الخصائص الشاملة للمحامل المغناطيسية الفعالة والمحامل المغناطيسية غير الفعالة.

 

تعتمد المحامل المغناطيسية الهجينة على استخدام المجال المغناطيسي الناتج عن المغناطيس الدائم لاستبدال المجال المغناطيسي الثابت للمغناطيس الكهربائي، مما لا يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة لمضخم الطاقة فحسب، بل يقلل أيضًا من عدد لفات الأمبير للمغناطيس الكهربائي إلى النصف، ويقلل من حجم المحمل المغناطيسي، ويحسن من قدرة تحمل الحمل.

 

بما أن المجال المغناطيسي المتحيز يتم توليده بواسطة مغناطيس دائم، بينما يتم توليد المجال المغناطيسي المتحكم به بواسطة المغناطيس الكهربائي، فإن المحامل المغناطيسية الهجينة ذات الإزاحة المغناطيسية الدائمة تتمتع بالمزايا التالية:

 

1) يتم استخدام المغناطيس الدائم لتوفير المجال المغناطيسي الثابت للتحيز، بينما يوفر المغناطيس الكهربائي فقط مجال التحكم المغناطيسي لموازنة الحمل أو التداخل الخارجي، مما يمكن أن يتجنب فقدان الطاقة الناتج عن تيار التحيز للنظام ويقلل من تسخين الملف.

 

٢) عدد لفات المغناطيس الكهربائي في المحمل المغناطيسي الهجين أقل بكثير من نظيره في المحمل المغناطيسي النشط، مما يُسهم في تقليل حجم المحمل المغناطيسي وتوفير المواد. يتميز هذا النوع من المحامل بصغر حجمه وخفة وزنه وكفاءته العالية، وهو مناسب للتطبيقات المصغرة والصغيرة الحجم.