Princípio de funcionamento e classificação dos mancais magnéticos

 

Rolamento magnéticoOs sistemas podem ser divididos em três categorias de acordo com seus princípios de funcionamento: Mancal Magnético Ativo, Mancal Magnético Passivo e Mancal Magnético Híbrido.

 

Rolamento magnético ativo

 

Os mancais magnéticos ativos utilizam força eletromagnética controlável para levitar o eixo rotativo, que é composto principalmente por rotores, solenoides, sensores, controladores e amplificadores de potência. Os solenoides são montados em um estator suspenso em um campo magnético gerado por eletroímãs dispostos em simetria radial, cada um equipado com um ou mais sensores para monitorar continuamente as mudanças na posição do eixo. O sinal emitido pelo sensor, com o auxílio do sistema de controle eletrônico, corrige a corrente que passa pelo eletroímã, controlando assim a atração do mesmo, de modo que o eixo rotativo opere em um estado estável e equilibrado, atingindo determinados requisitos de precisão.

 

Os mancais magnéticos ativos podem ser divididos em mancais com controle de corrente e mancais com controle de tensão, de acordo com os diferentes métodos de controle, e em mancais magnéticos radiais e mancais magnéticos axiais, de acordo com os diferentes métodos de suporte. Atualmente, dentre os mancais magnéticos ativos, o mais utilizado é o mancal magnético com controle de corrente contínua (CC).

 

A parte mecânica do mancal magnético ativo é geralmente composta por um mancal radial e um mancal axial, sendo o mancal radial composto por um estator (eletroímã) e um rotor; os mancais axiais consistem em um estator (eletroímã) e uma placa de encosto.

 

Devido às vantagens de permitir o controle da posição do rotor, da rigidez e do amortecimento do rolamento pelo sistema de controle, o rolamento magnético ativo tornou-se o mais utilizado na área de levitação magnética. A pesquisa sobre rolamentos magnéticos ativos sempre foi um foco importante na pesquisa tecnológica de levitação magnética. Após anos de trabalho árduo, sua teoria e métodos de projeto tornaram-se cada vez mais consolidados.

 

Rolamento magnético passivo

 

Como um tipo de mancal magnético, o mancal magnético passivo possui vantagens únicas: tamanho reduzido, consumo de energia nulo e estrutura simples. A principal diferença entre mancais magnéticos passivos e ativos reside no fato de que os primeiros não possuem um sistema de controle eletrônico ativo, utilizando as características do próprio campo magnético para levitar o eixo rotativo. Atualmente, os mancais magnéticos passivos mais utilizados são os mancais de ímã permanente, compostos por ímãs permanentes. Os mancais de ímã permanente podem ser divididos em dois tipos: de repulsão e de sucção.

 

Os mancais magnéticos permanentes passivos podem ser usados ​​tanto como mancais radiais quanto como mancais axiais (de encosto), podendo operar com sucção ou repulsão. Dependendo da direção da magnetização e da posição relativa do anel magnético, os mancais magnéticos permanentes apresentam diversas estruturas de circuito magnético. No entanto, existem duas estruturas básicas.

 

O outro tipo de mancal magnético passivo baseia-se na força de sucção que atua entre os componentes magnéticos macios magnetizados. Quando o componente do rotor se move radialmente, o efeito de sucção resulta da variação da magnetoresistência, sendo por isso também chamado de "mancal magnetoresistivo". Este tipo de mancal pode ser projetado de forma que a parte do ímã permanente não gire, e apenas a parte de ferro macio gire, proporcionando assim maior estabilidade ao sistema.

 

A combinação dos efeitos estabilizadores dos mancais de relutância e dos solenoides ativos resulta em um sistema de mancais magnéticos com consumo mínimo de energia.

 

Rolamentos magnéticos híbridos

 

Os mancais magnéticos híbridos são formados a partir de mancais magnéticos ativos, mancais magnéticos passivos e algumas outras estruturas auxiliares de suporte e estabilização – um tipo de sistema de mancal magnético combinado. Ele leva em consideração as características abrangentes dos mancais magnéticos ativos e dos mancais magnéticos passivos.

 

O rolamento magnético híbrido utiliza o campo magnético gerado pelo ímã permanente para substituir o campo magnético de polarização estática do eletroímã, o que não só reduz significativamente o consumo de energia do amplificador de potência, como também reduz pela metade o número de espiras do eletroímã, diminui o volume do rolamento magnético e melhora a capacidade de carga.

 

Como um campo magnético de polarização é gerado por um ímã permanente e um campo magnético controlado é gerado por um eletroímã, os mancais magnéticos híbridos com deslocamento de ímã permanente apresentam as seguintes vantagens:

 

1) O ímã permanente é usado para fornecer o campo magnético estático de polarização, e o eletroímã fornece apenas o campo magnético de controle para equilibrar a carga ou interferência externa, o que pode evitar a perda de energia causada pela corrente de polarização do sistema e reduzir o aquecimento da bobina.

 

2) O número de espiras necessárias para o eletroímã do mancal magnético híbrido é muito menor do que o do mancal magnético ativo, o que contribui para a redução do volume do mancal magnético e para a economia de materiais. Esse tipo de mancal apresenta as vantagens de tamanho reduzido, leveza e alta eficiência, sendo adequado para aplicações miniaturizadas e de pequeno porte.