Manyetik rulmanların çalışma prensibi ve sınıflandırılması

 

Manyetik yatakSistemler, çalışma prensiplerine göre üç kategoriye ayrılabilir: Aktif Manyetik Yatak, Pasif Manyetik Yatak ve Hibrit Manyetik Yatak.

 

Aktif manyetik yatak

 

Aktif manyetik yataklar, dönen mili havada tutmak için kontrol edilebilir elektromanyetik kuvvet kullanır ve esas olarak rotorlar, solenoidler, sensörler, kontrolörler ve güç amplifikatörlerinden oluşur. Solenoidler, radyal simetri içinde yerleştirilmiş elektromıknatıslar tarafından oluşturulan manyetik alanda asılı duran bir stator üzerine monte edilmiştir; her bir elektromıknatıs, milin konumundaki değişiklikleri sürekli olarak izlemek için bir veya daha fazla sensörle donatılmıştır. Sensörden gelen sinyal çıkışı, elektronik kontrol sistemi yardımıyla elektromıknatıstan geçen akımı düzeltir, böylece elektromıknatısın çekimi kontrol edilir ve dönen milin kararlı ve dengeli bir durumda çalışması sağlanır ve belirli doğruluk gereksinimleri karşılanır.

 

Aktif manyetik yataklar, farklı kontrol yöntemlerine göre akım kontrollü ve gerilim kontrollü olmak üzere ikiye ayrılabilir; ayrıca farklı destek yöntemlerine göre radyal manyetik yataklar ve eksenel manyetik yataklar olarak da sınıflandırılabilir. Günümüzde aktif manyetik yataklar arasında en yaygın kullanılanı DC kontrollü manyetik yataktır.

 

Aktif manyetik yatağın mekanik kısmı genellikle radyal yatak ve eksenel yataktan oluşur; radyal yatak bir stator (elektromıknatıs) ve bir rotordan, eksenel yataklar ise bir stator (elektromıknatıs) ve bir baskı plakasından oluşur.

 

Aktif manyetik yatak, rotor pozisyonu, yatak sertliği ve sönümlemesinin kontrol sistemi tarafından belirlenebilmesi avantajlarına sahip olduğundan, manyetik kaldırma alanında en yaygın kullanılan yatak türü olmuştur ve aktif manyetik yatak araştırmaları her zaman manyetik kaldırma teknolojisi araştırmalarının odak noktası olmuştur. Yıllar süren yoğun çalışmalar sonucunda, tasarım teorisi ve yöntemleri giderek daha da olgunlaşmıştır.

 

Pasif manyetik yatak

 

Manyetik yatakların bir türü olarak pasif manyetik yataklar, küçük boyutları, enerji tüketiminin olmaması ve basit yapıları gibi kendine özgü avantajlara sahiptir. Pasif manyetik yataklar ile aktif manyetik yataklar arasındaki en büyük fark, pasif manyetik yatakların aktif bir elektronik kontrol sistemine sahip olmaması, bunun yerine dönen mili havada tutmak için manyetik alanın kendi özelliklerini kullanmasıdır. Şu anda en yaygın kullanılan pasif manyetik yataklar, kalıcı mıknatıslardan oluşan kalıcı mıknatıslı yataklardır. Kalıcı mıknatıslı yataklar, itme tipi ve emme tipi olmak üzere ikiye ayrılabilir.

 

Pasif kalıcı mıknatıslı rulmanlar hem radyal rulman hem de itme rulmanı (eksenel rulman) olarak kullanılabilir ve her ikisi de emme veya itme prensibiyle çalışabilir. Mıknatıslanma yönüne ve manyetik halkanın göreceli konumuna bağlı olarak, kalıcı mıknatıslı rulmanlar çeşitli manyetik devre yapılarına sahiptir. Ancak iki temel yapı vardır.

 

Pasif manyetik yatakların diğer bir türü, mıknatıslanmış yumuşak manyetik bileşenler arasında etki eden emme kuvvetine dayanır. Rotor bileşeni radyal olarak hareket ettiğinde, emme etkisi manyetodirençteki değişimden kaynaklanır, bu nedenle "manyetorezistif yatak" olarak da adlandırılır. Bu tür yataklar, kalıcı mıknatıs parçasının dönmemesi ve sadece yumuşak demir parçasının dönmesi şeklinde tasarlanabilir, böylece sistem daha iyi bir stabiliteye sahip olur.

 

Relüktans yataklarının ve aktif solenoidlerin dengeleyici etkilerinin birleşimi, minimum enerji tüketimine sahip manyetik yatak sistemiyle sonuçlanır.

 

Hibrit manyetik rulmanlar

 

Hibrit manyetik yataklar, aktif manyetik yataklar, pasif manyetik yataklar ve bazı diğer yardımcı destek ve dengeleyici yapılar temelinde oluşturulan, birleşik bir manyetik yatak sistemidir. Aktif manyetik yatakların ve pasif manyetik yatakların kapsamlı özelliklerini dikkate alır.

 

Hibrit manyetik yatak, kalıcı mıknatıs tarafından üretilen manyetik alanı, elektromıknatısın statik önyargı manyetik alanının yerine kullanır; bu da güç amplifikatörünün güç tüketimini önemli ölçüde azaltmakla kalmaz, aynı zamanda elektromıknatısın amper-tur sayısını yarıya indirir, manyetik yatağın hacmini küçültür ve yük taşıma kapasitesini artırır.

 

Kalıcı mıknatıs tarafından bir önyargılı manyetik alan ve elektromıknatıs tarafından kontrollü bir manyetik alan üretildiğinden, kalıcı mıknatıslı ofset hibrit manyetik yataklar aşağıdaki avantajlara sahiptir:

 

1) Kalıcı mıknatıs, statik manyetik alan oluşturmak için kullanılır ve elektromıknatıs yalnızca yükü dengelemek veya dış müdahaleleri gidermek için kontrol manyetik alanı sağlar; bu sayede sistemin ön gerilim akımından kaynaklanan güç kaybı önlenir ve bobinin ısınması azaltılır.

 

2) Hibrit manyetik yatağın elektromıknatısı için gereken sarım sayısı, aktif manyetik yatağa göre çok daha azdır; bu da manyetik yatağın hacminin küçültülmesine ve malzeme tasarrufuna olanak sağlar. Bu tip yatak, küçük boyut, hafiflik ve yüksek verimlilik avantajlarına sahiptir ve minyatürleştirme ve küçük boyutlu uygulamalar için uygundur.