يمكن تصنيف تطبيقات المغناطيس الدائم المصنوع من النيوديميوم والحديد والبورون بشكل عام إلى الامتزاز والتنافر والحث والتحويل الكهرومغناطيسي. ويختلف المجال المغناطيسي المطلوب باختلاف التطبيق المحدد.
🔹 إن المساحة المحدودة في منتجات الإلكترونيات الاستهلاكية، بالإضافة إلى الحاجة إلى قوة امتصاص عالية، تحول دون زيادة حجم المغناطيس بشكل ملحوظ. لذلك، يُعد تصميم الدوائر المغناطيسية أمراً بالغ الأهمية لتعزيز قوة المجال المغناطيسي.
🔹 في التطبيقات التي تتطلب استشعار المجال المغناطيسي، قد تتسبب خطوط القوة المغناطيسية المنتشرة بشكل مفرط في تشغيل خاطئ لمستشعرات تأثير هول. لذا، يلزم تصميم دائرة مغناطيسية للتحكم في نطاق المجال المغناطيسي.
🔹 في الحالات التي يتطلب فيها أحد جانبي المغناطيس قوة امتصاص عالية بينما يحتاج الجانب الآخر إلى حماية من المجال المغناطيسي، فإن شدة المجال المغناطيسي العالية جدًا على جانب الحماية قد تتداخل مع عمل المكونات الإلكترونية. كما أن تصميم الدائرة المغناطيسية ضروري لمعالجة هذه المشكلة.
🔹 كما أن التطبيقات التي تتطلب تحديد المواقع بدقة، والمجالات المغناطيسية الموحدة، وما إلى ذلك، تشكل تحديات.
في جميع هذه الحالات، لا يكفي استخدام مغناطيس واحد. علاوة على ذلك، يؤثر ارتفاع سعر العناصر الأرضية النادرة بشكل كبير على تكلفة المنتج نظرًا لحجم وعدد المغناطيسات المطلوبة. لذلك، مع تلبية متطلبات الامتزاز أو ضمان التشغيل الطبيعي، يمكن تعديل بنية الدائرة المغناطيسية لتناسب سيناريوهات التطبيق المختلفة، مع تقليل عدد المغناطيسات المستخدمة في الوقت نفسه لخفض التكاليف.
يمكن تصنيف الدوائر المغناطيسية الشائعة بشكل عام إلى مصفوفات هالباخ، والدوائر المغناطيسية متعددة الأقطاب، والدوائر المغناطيسية المركزة، والدوائر المزودة بمواد مغناطيسية إضافية، وأنظمة النقل المرنة، والمغناطيسات أحادية الجانب، وهياكل التركيز المغناطيسي. وسيتم شرح كل منها بالتفصيل أدناه.
مصفوفة هالباخ
هذا تصميم هندسي مثالي، يهدف إلى توليد أقوى مجال مغناطيسي بأقل عدد ممكن من المغناطيسات. بفضل بنية الدائرة المغناطيسية الخاصة لمصفوفة هالباخ، يمكن لمعظم حلقات المجال المغناطيسي أن تدور داخل الأجهزة المغناطيسية، مما يقلل من تدفق التسرب ويحقق تركيزًا مغناطيسيًا. وهذا يُتيح تأثيرًا للحماية الذاتية في المناطق غير العاملة. مع تصميم مُحسَّن للدائرة المغناطيسية الحلقية لمصفوفة هالباخ، يُمكن تحقيق حماية لا تقل عن 100% في المناطق غير العاملة. كما هو موضح في الشكل، تكون خطوط المجال المغناطيسي في الدائرة المغناطيسية التقليدية متشعبة بشكل متناظر، بينما تتركز معظم خطوط المجال المغناطيسي في مصفوفة هالباخ في منطقة العمل، مما يزيد من قوة الجذب المغناطيسي.
اليسار: دائرة مغناطيسية تقليدية، اليمين: مصفوفة هالباخ
الدوائر المغناطيسية متعددة الأقطاب
تعتمد الدوائر المغناطيسية متعددة الأقطاب بشكل أساسي على خاصية انجذاب خطوط المجال المغناطيسي نحو أقرب قطب معاكس لتشكيل حلقة مغناطيسية. وبالمقارنة مع المغناطيسات أحادية القطب العادية، تكون خطوط المجال المغناطيسي في الدوائر المغناطيسية متعددة الأقطاب أكثر تركيزًا على السطح، خاصةً مع ازدياد عدد الأقطاب. يوجد نوعان من الدوائر المغناطيسية متعددة الأقطاب: أحدهما يستخدم مغناطيسًا واحدًا متعدد الأقطاب، والآخر يستخدم عدة مغناطيسات أحادية القطب ملتصقة ببعضها. يكمن الفرق بين هاتين الطريقتين في التكلفة، أما وظيفتهما الأساسية فهي واحدة. توفر الدوائر المغناطيسية متعددة الأقطاب ميزة كبيرة في جذب الأجسام ذات الفجوات الصغيرة.
دائرة مغناطيسية مركزة
تستخدم الدائرة المغناطيسية المركزة مسارًا مغناطيسيًا خاصًا لتركيز المجال المغناطيسي في منطقة صغيرة، مما يجعل المجال المغناطيسي في تلك المنطقة قويًا جدًا، حتى أنه يصل إلى 1 تسلا. وهذا مفيد جدًا لتحديد المواقع بدقة والحث الموضعي.
المواد المغناطيسية
تعتمد المواد المغناطيسية على مبدأ أن دوائر المجال المغناطيسي تختار مسار المقاومة المغناطيسية الأقل. وباستخدام مواد ذات نفاذية عالية (مثل SUS430 وSPCC وDT4 وغيرها) في الدائرة المغناطيسية، يمكن توجيه المجال المغناطيسي بدقة، مما يحقق تأثيرات التركيز المغناطيسي الموضعي والعزل المغناطيسي.
اليسار: دائرة مغناطيسية تقليدية. اليمين: دائرة مغناطيسية بعد إضافة مادة مغناطيسية.
الدائرة المغناطيسية بعد إضافة المادة المغناطيسية 2
ناقل حركة مرن
تتميز آلية النقل المرنة بنقل الحركة دون تلامس، وذلك بفضل قوى التجاذب والتنافر الناتجة عن المغناطيس. وهي صغيرة الحجم وبسيطة التركيب، ويمكن تغيير عزم دورانها تبعًا لحجم المغناطيس وحجم الفجوة الهوائية، مما يوفر نطاقًا واسعًا للتعديل.
المغناطيسية أحادية الجانب
تتميز المغناطيسية أحادية الجانب بحجب أحد جانبي قطبية المغناطيس مع الحفاظ على الجانب الآخر. يكون التجاذب المباشر قويًا، لكن القوة المغناطيسية تضعف بشكل ملحوظ مع زيادة المسافة.
بنية التركيز المغناطيسي
يتميز هذا الهيكل بمغناطيسات ونير حديدي مرتبة بأقطاب متعاكسة. كلما زادت نسبة سمك المغناطيس إلى سمك النير، قلّ تباعد خطوط المجال المغناطيسي كلما زاد سمك النير. يمكن تصميم هياكل التركيز المغناطيسي بمرونة وفقًا لحجم الفجوة الهوائية لتحقيق أفضل النتائج، مما يوفر في استخدام المغناطيسات وينتج توزيعًا منتظمًا للمجال المغناطيسي على طول النير. مع ذلك، يتمثل العيب في ارتفاع تكاليف التجميع.
ديلي ماج Uمغناطيسات تثبيت تحت الماء يكون دائرة مغناطيسية مركزة
