النواة المغناطيسية

النواة المغناطيسية هي قطعة من مادة مغناطيسية ذات نفاذية مغناطيسية عالية تستخدم لحصر وتوجيه المجالات المغناطيسية في الأجهزة الكهربائية والكهروميكانيكية والمغناطيسية مثل المغناطيسات الكهربائية والمحولات والمحركات الكهربائية والمولدات والمحثات ومكبرات الصوت ورؤوس التسجيل المغناطيسية والتجمعات المغناطيسية. وهي مصنوعة من معدن مغناطيسي حديدي مثل الحديد أو مركبات مغناطيسية حديدية مثل الفريت . تتسبب النفاذية العالية، بالنسبة للهواء المحيط، في تركيز خطوط المجال المغناطيسي في مادة النواة. غالبًا ما يتم إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة ملف سلكي يحمل تيارًا حول النواة.

إن استخدام قلب مغناطيسي يمكن أن يزيد من قوة المجال المغناطيسي في ملف كهرومغناطيسي بعامل عدة مئات من المرات عما سيكون عليه بدون القلب. ومع ذلك، فإن النوى المغناطيسية لها آثار جانبية يجب أخذها في الاعتبار. في أجهزة التيار المتناوب (AC) فإنها تسبب خسائر في الطاقة، تسمى خسائر القلب ، بسبب الهستيريسيس والتيارات الدوامية في تطبيقات مثل المحولات والمحثات. تُستخدم عادةً المواد المغناطيسية "الناعمة" ذات القوة القسرية والهستيريسيس المنخفضة، مثل الفولاذ السليكوني أو الفريت ، في النوى.

يخلق التيار الكهربائي الذي يمر عبر سلك ملفوف في ملف مجالًا مغناطيسيًا يمر عبر مركز الملف، وذلك وفقًا لقانون الدائرة الكهربائية لأمبير . تُستخدم الملفات على نطاق واسع في المكونات الإلكترونية مثل المغناطيسات الكهربائية والمحثات والمحولات والمحركات الكهربائية والمولدات . يُطلق على الملف الذي لا يحتوي على قلب مغناطيسي اسم ملف "قلب هوائي". يمكن أن يؤدي إضافة قطعة من مادة حديدية مغناطيسية أو حديدية مغناطيسية في مركز الملف إلى زيادة المجال المغناطيسي بمئات أو آلاف المرات؛ وهذا ما يسمى بالنواة المغناطيسية. يخترق مجال السلك مادة القلب، مما يجعلها مغناطيسية ، بحيث يضيف المجال المغناطيسي القوي للنواة إلى المجال الذي ينشئه السلك. تعتمد كمية المجال المغناطيسي التي يزيدها القلب على النفاذية المغناطيسية لمادة القلب. نظرًا لأن الآثار الجانبية مثل التيارات الدوامية والهستيريسيس يمكن أن تسبب خسائر في الطاقة تعتمد على التردد ، يتم استخدام مواد قلب مختلفة للملفات المستخدمة عند ترددات مختلفة .

في بعض الحالات تكون الخسائر غير مرغوبة ومع وجود حقول قوية جدًا يمكن أن يشكل التشبع مشكلة، ويتم استخدام "لب هوائي". لا يزال من الممكن استخدام قالب؛ قطعة من مادة، مثل البلاستيك أو مركب، قد لا يكون لها أي نفاذية مغناطيسية كبيرة ولكنها ببساطة تحافظ على ملفات الأسلاك في مكانها.

يستخدم الحديد "اللين" ( المُلدَّن ) في التجميعات المغناطيسية، والمغناطيسات الكهربائية ذات التيار المستمر (DC)، وفي بعض المحركات الكهربائية؛ ويمكنه إنشاء مجال مركَّز أشد كثافة بنحو 50000 مرة من نواة الهواء. ^[1]

من المرغوب فيه استخدام الحديد لصنع النوى المغناطيسية، لأنه يمكنه تحمل مستويات عالية من المجال المغناطيسي دون تشبع (حتى 2.16 تسلا في درجة حرارة الغرفة. ^{[2] [3]} ) يتم استخدام الحديد الملدن لأنه، على عكس الحديد "الصلب"، يتمتع بقوة إكراه منخفضة وبالتالي لا يظل ممغنطًا عند إزالة المجال، وهو أمر مهم غالبًا في التطبيقات التي يتطلب فيها تبديل المجال المغناطيسي بشكل متكرر.

بسبب التوصيل الكهربائي للمعدن، عندما يتم استخدام قلب معدني صلب من قطعة واحدة في تطبيقات التيار المتناوب (AC) مثل المحولات والمحاثات، فإن المجال المغناطيسي المتغير يحفز تيارات إيدي كبيرة تدور داخله، حلقات مغلقة من التيار الكهربائي في مستويات عمودية على المجال. يسخن التيار المتدفق عبر مقاومة المعدن عن طريق تسخين جول ، مما يتسبب في خسائر كبيرة في الطاقة. لذلك، لا تُستخدم نوى الحديد الصلبة في المحولات أو المحاثات، ويتم استبدالها بنوى حديدية مغلفة أو مسحوقة، أو نوى غير موصلة مثل الفريت .

من أجل تقليل خسائر التيار الدوامي المذكورة أعلاه، تستخدم معظم محولات الطاقة والمحثات ذات التردد المنخفض أنوية مغلفة مصنوعة من مجموعات من صفائح رقيقة من الفولاذ السليكوني :

تتكون النوى المغناطيسية الرقائقية من أكوام من صفائح حديدية رقيقة مطلية بطبقة عازلة، بحيث تكون موازية قدر الإمكان لخطوط التدفق. تعمل طبقات العزل كحاجز للتيارات الدوامية، وبالتالي لا يمكن للتيارات الدوامية أن تتدفق إلا في حلقات ضيقة داخل سمك كل رقاقة مفردة. ونظرًا لأن التيار في حلقة التيار الدوامي يتناسب مع مساحة الحلقة، فإن هذا يمنع معظم التيار من التدفق، مما يقلل التيارات الدوامية إلى مستوى صغير جدًا. ونظرًا لأن الطاقة المبددة تتناسب مع مربع التيار، فإن تقسيم قلب كبير إلى صفائح ضيقة يقلل من خسائر الطاقة بشكل كبير. ومن هذا، يمكن ملاحظة أنه كلما كانت الصفائح أرق، كلما انخفضت خسائر التيار الدوامي.

تؤدي إضافة كمية صغيرة من السيليكون إلى الحديد (حوالي 3%) إلى زيادة كبيرة في مقاومة المعدن، تصل إلى أربعة أضعاف. ^{[ بحاجة لمصدر ]} تعمل المقاومة الأعلى على تقليل التيارات الدوامية، لذلك يتم استخدام الفولاذ السليكوني في نوى المحولات. تؤدي الزيادة الإضافية في تركيز السيليكون إلى إضعاف الخصائص الميكانيكية للفولاذ، مما يتسبب في صعوبات في الدرفلة بسبب الهشاشة.

من بين نوعي الفولاذ السليكوني ، الموجه للحبيبات (GO) وغير الموجه للحبيبات (GNO)، يعد GO هو الأكثر استحسانًا للنوى المغناطيسية. إنه متباين الخواص ، مما يوفر خصائص مغناطيسية أفضل من GNO في اتجاه واحد. نظرًا لأن المجال المغناطيسي في نوى المحاثات والمحولات يكون دائمًا على طول نفس الاتجاه، فمن الأفضل استخدام الفولاذ الموجه للحبيبات في الاتجاه المفضل. لا تستفيد الآلات الدوارة، حيث يمكن أن يتغير اتجاه المجال المغناطيسي، من الفولاذ الموجه للحبيبات.

توجد مجموعة من السبائك المتخصصة لتطبيقات القلب المغناطيسي. ومن الأمثلة على ذلك معدن الميو ، والبرمالوي ، والسوبرمالوي . ويمكن تصنيعها على شكل قوالب أو شرائط طويلة للنوى الملفوفة بشريط. ويتم تصنيع بعض السبائك، مثل سينداست ، على شكل مسحوق وتشكيلها بالصلب.

تتطلب العديد من المواد معالجة حرارية دقيقة للوصول إلى خصائصها المغناطيسية، وتفقد هذه الخصائص عند تعرضها للإساءة الميكانيكية أو الحرارية. على سبيل المثال، تزداد نفاذية المعادن المعدنية حوالي 40 مرة بعد التلدين في جو الهيدروجين في مجال مغناطيسي؛ وتؤدي الانحناءات الحادة اللاحقة إلى تعطيل محاذاة حبيباتها، مما يؤدي إلى فقدان موضعي للنفاذية؛ ويمكن استعادة ذلك بتكرار خطوة التلدين.

المعدن غير المتبلور هو مجموعة متنوعة من السبائك (مثل Metglas ) غير البلورية أو الزجاجية. يتم استخدامها لإنشاء محولات عالية الكفاءة. يمكن أن تكون المواد شديدة الاستجابة للمجالات المغناطيسية لخسائر الهستيريسيس المنخفضة، ويمكن أن يكون لها أيضًا موصلية أقل لتقليل خسائر التيار الدوامي. تستخدم شركات الطاقة حاليًا هذه المحولات على نطاق واسع في التركيبات الجديدة. ^[4] القوة الميكانيكية العالية ومقاومة التآكل هي أيضًا خصائص شائعة للزجاج المعدني والتي تعتبر إيجابية لهذا التطبيق. ^[5]

تتكون نوى المسحوق من حبيبات معدنية مخلوطة بمادة رابطة عضوية أو غير عضوية مناسبة، ويتم ضغطها إلى الكثافة المطلوبة. يتم تحقيق كثافة أعلى مع ضغط أعلى وكمية أقل من المادة الرابطة. تتمتع النوى ذات الكثافة الأعلى بنفاذية أعلى، ولكن مقاومة أقل وبالتالي خسائر أعلى بسبب التيارات الدوامية. تسمح الجسيمات الدقيقة بالعمل عند ترددات أعلى، حيث تقتصر التيارات الدوامية في الغالب على داخل الحبيبات الفردية. يؤدي طلاء الجسيمات بطبقة عازلة، أو فصلها بطبقة رقيقة من المادة الرابطة، إلى تقليل خسائر التيار الدوامي. يمكن أن يؤدي وجود جزيئات أكبر إلى تدهور أداء التردد العالي. تتأثر النفاذية بالتباعد بين الحبوب، والتي تشكل فجوة هوائية موزعة؛ كلما كانت الفجوة أقل، زادت النفاذية وقلت التشبع. نظرًا للاختلاف الكبير في الكثافة، حتى كمية صغيرة من المادة الرابطة، من حيث الوزن، يمكن أن تزيد بشكل كبير من الحجم وبالتالي التباعد بين الحبوب.

تعتبر المواد ذات النفاذية المنخفضة أكثر ملاءمة للترددات الأعلى، بسبب موازنة الخسائر الأساسية والملفات.

غالبًا ما يتم أكسدة سطح الجسيمات وتغطيته بطبقة من الفوسفات، لتوفير العزل الكهربائي المتبادل لها.

الحديد المسحوق هو المادة الأرخص. وله خسارة قلب أعلى من السبائك الأكثر تقدمًا، ولكن يمكن تعويض ذلك عن طريق جعل القلب أكبر؛ وهو أمر مفيد حيث تكون التكلفة أكثر أهمية من الكتلة والحجم. تدفق تشبع حوالي 1 إلى 1.5 تسلا. خسارة عالية نسبيًا للتخلف والتيار الدوامي، التشغيل محدود بترددات أقل (أقل من 100 كيلو هرتز تقريبًا). يستخدم في محاثات تخزين الطاقة، ومخاضات خرج التيار المستمر، ومخاضات الوضع التفاضلي، ومخاضات منظم الترياك، ومخاضات تصحيح معامل القدرة ، والمحثات الرنانة، والمحولات النبضية والمرتدة. ^[6]

المادة الرابطة المستخدمة عادة ما تكون إيبوكسي أو راتينج عضوي آخر، وهو عرضة للشيخوخة الحرارية. عند درجات حرارة أعلى، عادة أعلى من 125 درجة مئوية، تتدهور المادة الرابطة وقد تتغير الخواص المغناطيسية الأساسية. مع وجود مواد رابطة أكثر مقاومة للحرارة، يمكن استخدام النوى حتى 200 درجة مئوية. ^[7]

تتوفر نوى مسحوق الحديد بشكل شائع على هيئة حلقات دائرية. وفي بعض الأحيان على هيئة E وEI وقضبان أو كتل، تُستخدم بشكل أساسي في الأجزاء عالية القدرة والتيار العالي.

يعتبر الحديد الكاربونيل أكثر تكلفة بشكل كبير من الحديد المختزل بالهيدروجين.

تتمتع الأنوية المسحوقة المصنوعة من الحديد الكربونيلي ، وهو حديد شديد النقاء، بثبات عالٍ للمعلمات عبر نطاق واسع من درجات الحرارة ومستويات التدفق المغناطيسي ، مع عوامل Q ممتازة بين 50 كيلو هرتز و200 ميجا هرتز. تتكون مساحيق الحديد الكربونيلي بشكل أساسي من كرات حديدية بحجم ميكرومتر مطلية بطبقة رقيقة من العزل الكهربائي . وهذا يعادل دائرة مغناطيسية مجهرية مغلفة (انظر الفولاذ السليكوني، أعلاه)، وبالتالي تقليل التيارات الدوامية ، خاصة عند الترددات العالية جدًا. يتمتع الحديد الكربونيلي بخسائر أقل من الحديد المختزل بالهيدروجين، ولكن أيضًا نفاذية أقل.

أحد التطبيقات الشائعة للأنوية المغناطيسية القائمة على الحديد الكربونيلي هو المحاثات والمحولات عالية التردد وعريضة النطاق ، وخاصة تلك ذات القدرة العالية.

تُسمى عادةً أنوية الحديد الكربونيلي "أنوية RF".

الجسيمات المعدة مسبقًا، من النوع "E" لها قشرة تشبه البصل، مع قشور متحدة المركز منفصلة بفجوة. تحتوي على كمية كبيرة من الكربون. تتصرف على أنها أصغر كثيرًا مما يوحي به حجمها الخارجي. يمكن تحضير الجسيمات من النوع "C" عن طريق تسخين الجسيمات من النوع E في جو من الهيدروجين عند 400 درجة مئوية لفترة طويلة، مما ينتج عنه مساحيق خالية من الكربون. ^[8]

تتمتع الأنوية المسحوقة المصنوعة من الحديد المختزل بالهيدروجين بنفاذية أعلى ولكن Q أقل من الحديد الكربونيلي. تُستخدم في الغالب في مرشحات التداخل الكهرومغناطيسي ومختنقات التردد المنخفض، وخاصة في إمدادات الطاقة ذات الوضع المتغير .

تُسمى عادةً أنوية الحديد المختزلة بالهيدروجين بـ "أنوية الطاقة".

سبيكة من حوالي 2% من الموليبدينوم و81% من النيكل و17% من الحديد. خسارة قلب منخفضة جدًا، وهستيريسيس منخفض وبالتالي تشويه إشارة منخفض. استقرار درجة حرارة جيد جدًا. تكلفة عالية. أقصى تدفق تشبع يبلغ حوالي 0.8 تسلا. تستخدم في المرشحات عالية الجودة، والدوائر الرنانة، وملفات التحميل، والمحولات، والمخنقات، وما إلى ذلك. ^[6]

تم تقديم هذه المادة لأول مرة في عام 1940، واستخدمت في ملفات التحميل لتعويض السعة في خطوط الهاتف الطويلة. ويمكن استخدامها حتى حوالي 200 كيلو هرتز إلى 1 ميجا هرتز، حسب البائع. ^[7] ولا تزال تستخدم في خطوط الهاتف فوق الأرض، بسبب ثبات درجة حرارتها. تميل الخطوط تحت الأرض، حيث تكون درجة الحرارة أكثر استقرارًا، إلى استخدام نوى الفريت بسبب تكلفتها المنخفضة. ^[8]

سبيكة من حوالي 50-50% من النيكل والحديد. تخزين عالي للطاقة، كثافة تدفق تشبع تبلغ حوالي 1.5 تسلا. كثافة تدفق متبقية قريبة من الصفر. تستخدم في التطبيقات ذات التحيز العالي للتيار المستمر (مرشحات ضوضاء الخط، أو المحاثات في منظمات التبديل) أو حيث تكون هناك حاجة إلى كثافة تدفق متبقية منخفضة (على سبيل المثال، المحولات النبضية والمحولات العكسية، التشبع العالي مناسب للدفع أحادي القطب)، وخاصة حيث تكون المساحة مقيدة. يمكن استخدام المادة حتى حوالي 200 كيلو هرتز. ^[6]

سبيكة من 6% ألومنيوم و9% سيليكون و85% حديد. خسائر القلب أعلى من MPP. مغناطيسية منخفضة جدًا ، مما يجعل الضوضاء الصوتية منخفضة. يفقد المحاثة مع زيادة درجة الحرارة، على عكس المواد الأخرى؛ يمكن استغلاله عن طريق الجمع مع مواد أخرى كنواة مركبة، للتعويض عن درجة الحرارة. تدفق تشبع يبلغ حوالي 1 تسلا. استقرار درجة حرارة جيد. يستخدم في إمدادات الطاقة التبديلية، ومحولات النبضات والارتداد، ومرشحات الضوضاء المضمنة، ومخانق التأرجح، وفي المرشحات في وحدات التحكم التي تعمل بالطور (مثل المخفتات) حيث تكون الضوضاء الصوتية المنخفضة مهمة. ^[6]

يؤدي غياب النيكل إلى معالجة أسهل للمادة وتكلفة أقل من كل من المواد عالية التدفق والمواد الخام متعددة الاستخدامات.

تم اختراع هذه المادة في اليابان عام 1936. ويمكن استخدامها حتى حوالي 500 كيلو هرتز إلى 1 ميجا هرتز، اعتمادًا على البائع. ^[7]

سبيكة نانوية بلورية من سبيكة حديد-بورون-سيليكون قياسية، مع إضافة كميات أصغر من النحاس والنيوبيوم . يصل حجم حبيبات المسحوق إلى 10-100 نانومتر. تتمتع المادة بأداء جيد جدًا عند الترددات المنخفضة. تُستخدم في الخناقات الخاصة بالمحولات وفي التطبيقات عالية الطاقة. وهي متوفرة تحت أسماء مثل Nanoperm وVitroperm وHitperm وFinemet. ^[7]

تُستخدم سيراميكات الفريت في التطبيقات عالية التردد. ويمكن تصميم مواد الفريت بمجموعة واسعة من المعلمات. وباعتبارها سيراميكات، فهي في الأساس عوازل، مما يمنع التيارات الدوامية، على الرغم من أن الخسائر مثل خسائر الهستيريسيس لا تزال يمكن أن تحدث.

الملف الذي لا يحتوي على قلب مغناطيسي يسمى قلب هوائي . وهذا يشمل الملفات الملفوفة على قالب بلاستيكي أو سيراميكي بالإضافة إلى تلك المصنوعة من سلك صلب ذات دعم ذاتي وبداخلها هواء. تحتوي ملفات القلب الهوائي بشكل عام على محاثة أقل بكثير من ملفات القلب المغناطيسية ذات الحجم المماثل، ولكنها تستخدم في دوائر التردد اللاسلكي لمنع خسائر الطاقة المسماة خسائر القلب التي تحدث في النوى المغناطيسية. يسمح غياب خسائر القلب الطبيعية بعامل Q أعلى ، لذلك تُستخدم ملفات القلب الهوائي في الدوائر الرنانة عالية التردد ، مثل ما يصل إلى بضعة ميغا هرتز. ومع ذلك، لا تزال الخسائر مثل تأثير القرب والخسائر العازلة موجودة. تُستخدم أيضًا ملفات القلب الهوائي عندما تكون هناك حاجة إلى قوى مجال أعلى من حوالي 2 تسلا لأنها لا تخضع للتشبع.

غالبًا ما تكون مصنوعة من الفريت أو الحديد المسحوق، وتستخدم في أجهزة الراديو خاصة لضبط المحث . يتم لف الملف حول القضيب، أو على شكل ملف مع القضيب في الداخل. يؤدي تحريك القضيب داخل أو خارج الملف إلى تغيير التدفق عبر الملف، ويمكن استخدامه لضبط المحاثة . غالبًا ما يتم تثبيت القضيب للسماح بالتعديل باستخدام مفك براغي. في دوائر الراديو، يتم استخدام كتلة من الشمع أو الراتنج بمجرد ضبط المحث لمنع القلب من الحركة.

يؤدي وجود قلب ذو نفاذية عالية إلى زيادة المحاثة ، ولكن خطوط المجال المغناطيسي لا تزال يجب أن تمر عبر الهواء من أحد طرفي القضيب إلى الطرف الآخر. يضمن مسار الهواء بقاء المحث خطيًا . في هذا النوع من المحث يحدث الإشعاع في نهاية القضيب وقد يكون التداخل الكهرومغناطيسي مشكلة في بعض الظروف.

مثل القضيب الأسطواني ولكنه مربع الشكل، ونادرًا ما يستخدم بمفرده. من المرجح أن يوجد هذا النوع من القلب في ملفات الإشعال في السيارات.

تُستخدم النوى على شكل حرف U و C مع نواة على شكل حرف I أو نواة أخرى على شكل حرف C أو U لصنع نواة مغلقة مربعة، وهي أبسط أشكال النواة المغلقة. يمكن وضع اللفات على أحد ساقي النواة أو كلتيهما.

إن النواة على شكل حرف E هي حلول أكثر تناسقًا لتشكيل نظام مغناطيسي مغلق. في أغلب الأحيان، يتم لف الدائرة الكهربائية حول الساق المركزية، التي تبلغ مساحة مقطعها ضعف مساحة كل ساق خارجية فردية. في نوى المحولات ثلاثية الطور، تكون الأرجل متساوية الحجم، ويتم لف الأرجل الثلاثة.

يتم تكديس صفائح الحديد المناسبة المختومة بأشكال مثل الحرفين ( غير المزخرفين ) "E" و"I"، بحيث يكون الحرف "I" مقابل الطرف المفتوح للحرف "E" لتشكيل هيكل ثلاثي الأرجل. يمكن لف الملفات حول أي ساق، ولكن عادةً ما يتم استخدام الساق المركزية. يستخدم هذا النوع من القلب بشكل متكرر في المحولات الكهربائية والمحولات الذاتية والمحثات.

تُستخدم مرة أخرى في نوى الحديد. وعلى غرار استخدام "E" و"I" معًا، فإن زوجًا من نوى "E" سيستوعب مُشكِّل ملف أكبر ويمكنه إنتاج محث أو محول أكبر . إذا كانت هناك حاجة إلى فجوة هوائية، يتم تقصير الساق المركزية لـ "E" بحيث تجلس فجوة الهواء في منتصف الملف لتقليل التهديب وتقليل التداخل الكهرومغناطيسي .

يتكون القلب المستوي من قطعتين مسطحتين من مادة مغناطيسية، واحدة فوق وأخرى أسفل الملف. وعادة ما يتم استخدامه مع ملف مسطح يشكل جزءًا من لوحة الدوائر المطبوعة . هذا التصميم ممتاز للإنتاج الضخم ويسمح ببناء محول عالي الطاقة وصغير الحجم بتكلفة منخفضة. إنه ليس مثاليًا مثل القلب القدري أو القلب الحلقي ^{[ بحاجة لمصدر ]} ولكن تكلفة إنتاجه أقل.

عادة ما يكون من الفريت أو ما شابه. يستخدم هذا في المحاثات والمحولات . يكون شكل قلب الوعاء مستديرًا مع تجويف داخلي يحيط بالملف بالكامل تقريبًا. عادة ما يتم تصنيع قلب الوعاء من نصفين يتناسبان معًا حول قالب الملف ( البكرة ). يتميز تصميم القلب هذا بتأثير حجب ، مما يمنع الإشعاع ويقلل من التداخل الكهرومغناطيسي .

يعتمد هذا التصميم على شكل حلقي (نفس شكل الكعكة الدائرية ). يتم لف الملف من خلال الفتحة الموجودة في الحلقة وحول الجزء الخارجي. يتم توزيع الملف المثالي بالتساوي حول محيط الحلقة. يخلق تناسق هذه الهندسة مجالًا مغناطيسيًا من الحلقات الدائرية داخل القلب، وسيؤدي عدم وجود انحناءات حادة إلى تقييد كل المجال تقريبًا على مادة القلب. هذا لا يجعل المحول عالي الكفاءة فحسب ، بل يقلل أيضًا من التداخل الكهرومغناطيسي الذي يشعه الملف.

إنها شائعة الاستخدام في التطبيقات التي تتميز بالخصائص المرغوبة التالية: قدرة نوعية عالية لكل كتلة وحجم ، وطنين منخفض للتيار الكهربائي، وتداخل كهرومغناطيسي ضئيل . ومن بين هذه التطبيقات مصدر الطاقة لمضخم الصوت عالي الدقة . العيب الرئيسي الذي يحد من استخدامها في التطبيقات العامة هو الصعوبة المتأصلة في لف السلك عبر مركز الحلقة.

على عكس النواة المنقسمة (النواة المكونة من عنصرين، مثل زوج من النوى E )، يلزم وجود آلات متخصصة لللف الآلي للنواة الحلقية. تتميز النواقل الحلقية بضوضاء أقل مسموعة، مثل همهمة التيار الكهربائي، لأن القوى المغناطيسية لا تمارس عزم انحناء على النواة. تكون النواة في حالة ضغط أو شد فقط، والشكل الدائري أكثر استقرارًا ميكانيكيًا.

الحلقة متطابقة بشكل أساسي في الشكل والأداء مع الحلقة الحلقية، باستثناء أن المحاثات تمر عادةً فقط عبر مركز القلب، دون الالتفاف حول القلب عدة مرات.

يمكن أيضًا أن يتكون قلب الحلقة من نصفين منفصلين على شكل حرف C مثبتين معًا داخل غلاف بلاستيكي، مما يسمح بوضعه على الكابلات النهائية مع موصلات كبيرة مثبتة بالفعل، مما يمنع تمرير الكابل عبر القطر الداخلي الصغير للحلقة الصلبة.

غالبًا ما يتم تحديد قيمة A _L لتكوين القلب من قبل الشركات المصنعة. يتم تعريف العلاقة بين المحاثة ورقم A _L في الجزء الخطي من منحنى المغناطيسية على النحو التالي:

${\displaystyle L=n^{2}A_{L}}$

حيث n هو عدد الدورات، و L هي المحاثة (على سبيل المثال بوحدة nH) و A _L يتم التعبير عنها بمحاثة لكل دورة مربعة (على سبيل المثال بوحدة nH/n ² ). ^[9]

عندما يتعرض القلب لحقل مغناطيسي متغير ، كما هو الحال في الأجهزة التي تستخدم التيار المتردد مثل المحولات والمحثات والمحركات والمولدات المترددة ، فإن بعض الطاقة التي من المثالي أن تنتقل عبر الجهاز تضيع في القلب، وتتبدد على شكل حرارة وأحيانًا ضوضاء . يُطلق على فقدان القلب عادةً فقدان الحديد على النقيض من فقدان النحاس ، وهو الفقد في اللفات. ^{[10] [11]} غالبًا ما توصف خسائر الحديد بأنها تنقسم إلى ثلاث فئات:

عندما يتغير المجال المغناطيسي عبر اللب، يتغير مغناطيسية مادة اللب عن طريق تمدد وانكماش المجالات المغناطيسية الصغيرة التي تتكون منها، بسبب حركة جدران المجال . تتسبب هذه العملية في خسائر، لأن جدران المجال "تتعثر" في العيوب في البنية البلورية ثم "تنكسر" أمامها، مما يؤدي إلى تبديد الطاقة على شكل حرارة. يُطلق على هذا فقدان الهستيريسيس . يمكن رؤيته في الرسم البياني لحقل B مقابل حقل H للمادة، والذي يكون على شكل حلقة مغلقة. يتم عرض الطاقة الصافية التي تتدفق إلى المحث المعبر عنها فيما يتعلق بخاصية BH لللب بواسطة المعادلة ^[12]

${\displaystyle W=\int {\left(nA_{c}{\frac {dB(t)}{t}}\right)\left({\frac {H(t)l_{m}}{n}}\right)dt}=(A_{c}l_{m})\int {HdB}}$

تظهر هذه المعادلة أن كمية الطاقة المفقودة في المادة في دورة واحدة من المجال المطبق تتناسب مع المساحة داخل حلقة الهستيريسيس . نظرًا لأن الطاقة المفقودة في كل دورة ثابتة، فإن خسائر الطاقة الهستيريسيس تزداد بشكل متناسب مع التردد . ^[13] المعادلة النهائية لفقدان الطاقة الهستيريسيس هي ^[12]

${\displaystyle P_{H}=(f)(A_{c}l_{m})\int {HdB}}$

إذا كان القلب موصلًا للكهرباء ، فإن المجال المغناطيسي المتغير يحفز حلقات تيار متداولة فيه، تسمى التيارات الدوامية ، بسبب الحث الكهرومغناطيسي . ^[14] تتدفق الحلقات بشكل عمودي على محور المجال المغناطيسي. تتبدد طاقة التيارات على شكل حرارة في مقاومة مادة القلب. يتناسب فقدان الطاقة بشكل متناسب مع مساحة الحلقات ويتناسب عكسيًا مع مقاومة مادة القلب. يمكن تقليل خسائر التيار الدوامي عن طريق صنع القلب من صفائح رقيقة لها طلاء عازل، أو بدلاً من ذلك، صنع القلب من مادة مغناطيسية ذات مقاومة كهربائية عالية، مثل الفريت . ^[15] تستخدم معظم النوى المغناطيسية المخصصة لتطبيق محول الطاقة نوى الفريت لهذا السبب.

بحكم التعريف، تتضمن هذه الفئة أي خسائر بالإضافة إلى خسائر التيار الدوامي والهستيريسيس. ويمكن وصف ذلك أيضًا بأنه اتساع لحلقة الهستيريسيس مع التردد. تشمل الآليات الفيزيائية للخسارة الشاذة تأثيرات التيار الدوامي الموضعية بالقرب من جدران المجال المتحركة.

تُنمذج معادلة تُعرف باسم معادلة ليج خسارة نواة المادة المغناطيسية عند كثافات تدفق منخفضة . تحتوي المعادلة على ثلاثة مكونات للخسارة: الهستيريسيس، والتيار المتبقي، والتيار الدوامي، ^{[16] [17] [18]} ويتم إعطاؤها بواسطة

${\displaystyle {\frac {R_{\text{ac}}}{\mu L}}=aB_{\text{max}}f+cf+ef^{2}}$

أين

• ${\displaystyle R_{ac}}$هي مقاومة الخسارة الأساسية الفعالة (أوم)،
• ${\displaystyle \mu }$هي نفاذية المادة ،
• ${\displaystyle L}$هو المحاثة (هنري)،
• ${\displaystyle a}$هو معامل خسارة الهستيريسيس،
• ${\displaystyle B_{\text{max}}}$هي أقصى كثافة تدفق (جاوس)،
• ${\displaystyle c}$هو معامل الخسارة المتبقية،
• ${\displaystyle f}$هو التردد (هرتز)، و
• ${\displaystyle {\ce {e}}}$هو معامل الخسارة الدوامية.

يمكن تحديد الخسائر في المواد المغناطيسية من خلال معاملات شتاينميتز، والتي لا تأخذ في الاعتبار تقلبات درجات الحرارة. يقدم مصنعو المواد بيانات عن خسائر النواة في شكل جدولي ورسومي لظروف الاستخدام العملية.

• بالون
• ذاكرة ذات نواة مغناطيسية
• قطعة القطب
• المحاثات والمحولات الحلقية

• شركة أرنولد للهندسة (nd)، MPP Cores ، مارينجو، إلينوي: شركة أرنولد للهندسة

• حاسبة على الإنترنت لحسابات لفات الفريت
• ما هي النتوءات الموجودة في نهاية كابلات الكمبيوتر؟
• كيفية استخدام الفريتات لقمع التداخل الكهرومغناطيسي عبر موقع Wayback Machine بواسطة شركة Murata Manufacturing