Magnetsko spajanje jedna je od važnih daljnjih primjena trajnih magnetskih materijala. Danas ćemo sustavno predstaviti princip, klasifikaciju i primjenu magnetske sprege, a također ćemo govoriti o permanentnom magnetu u magnetskoj sprezi.
Što je magnetsko spajanje?
Spojka je važna komponenta u mehaničkom prijenosu, koja prenosi zakretni moment spajanjem pogonskog vratila i pogonskog vratila. Sljedeća slika prikazuje nekoliko uobičajenih oblika spajanja, koji vam mogu pomoći da bolje razumijete što je spajanje.
|
|
|
Tradicionalne spojke su kontaktnog tipa i imaju relativno složene strukture. Istrošit će se tijekom svakodnevnih operacija. Ako dođe do preopterećenja, drugi mehanički dijelovi će se ozbiljno istrošiti, što je vrlo nepovoljno za stabilnost mehaničke radne opreme. Ako pogonsko vratilo i pogonsko vratilo spojke moraju raditi u dva različita medija izolirana jedan od drugog, brtveni elementi moraju se koristiti za dinamičko brtvljenje. Na taj način postoji problem ili povećanja otpora rotacije kako bi se osiguralo pouzdano brtvljenje ili curenja zbog lošeg brtvljenja. Osim toga, kako se brtveni elementi troše i stare, propuštanje će se pogoršati, posebno u sustavima sa štetnim plinovima (štetne tekućine). Nakon što iscuri, zagadit će okoliš i ugroziti život.
Magnetske spojke su beskontaktne spojke, koje se općenito sastoje od dva magneta, s izolacijskim poklopcem u sredini za odvajanje dvaju magneta. Unutarnji magnet povezan je s prijenosnim dijelom, a vanjski magnet je učinkovito spojen s energetskim dijelom, prenoseći snagu međudjelovanjem magnetskog polja NS spojke polova. Magnetske spojke imaju funkciju prigušenja i upijanja vibracija elastičnih spojnica. Osim toga, razbija strukturni oblik tradicionalnih spojki i usvaja novi princip magnetske spojke za postizanje prijenosa sile i okretnog momenta između pogonske osovine i pogonske osovine bez izravnog kontakta, te može transformirati dinamičke brtve u statičke kako bi se postiglo nulto curenje. Stoga se naširoko koristi u prilikama s posebnim zahtjevima za propuštanje.
Klasifikacija magnetskih spojnica
Uobičajeni magnetski prijenosi uključuju sinkroni prijenos, prijenos histerezom i prijenos vrtložnim strujama. Zbog svojih osobina koriste se u različitim područjima. Sinkroni prijenos odnosi se na sinkronizaciju izlaza i ulaza. Postoje dvije uobičajene strukture sinkrone sprege: planarna magnetska sprega i koaksijalna magnetska sprega.
1. Planarna magnetska sprega
Struktura: Magneti su ugrađeni na dva diska istog promjera na način križanja NS polova. Kada su u upotrebi, dva diska se postavljaju na pogonsku osovinu, odnosno na pogonsku osovinu, ostavljajući određeni zračni raspor između.
Princip: Budući da N pol magneta A privlači S pol magneta B na suprotnoj strani i odbija N polove s obje strane magneta B, osigurano je da unutar određenog raspona zakretnog momenta pogonsko vratilo i pogonsko vratilo zadrže rotirajući sinkrono.
Zakretni moment: Ovaj planarni prijenos ima jednostavnu strukturu i ne zahtijeva visoku koaksijalnost dviju osovina tijekom instalacije. Budući da koristi princip privlačenja ravnine, što je manji zračni raspor, veći je okretni moment. Osim toga, budući da je moment koji se prenosi proporcionalan površini diska, moment ove magnetske spojke ne može biti prevelik, inače će biti prevelik i težak za montažu.
2. Koaksijalna magnetska spojka
Koaksijalna magnetska spojka je trenutno najrašireniji uređaj za sinkroni prijenos, a njegova tipična primjena je magnetska pumpa.
Struktura: Koaksijalna magnetska spojka sastoji se od vanjskog rotora, unutarnjeg rotora, izolacijske čahure i sustava ležaja. Magneti su ugrađeni na vanjskom obodu unutarnjeg rotora i unutarnjem obodu vanjskog rotora. Magneti su jednaki polovi i raspoređeni po obodu u NS križnom načinu. Poravnajte radne površine magneta unutarnjeg i vanjskog rotora, odnosno automatske spojke. Izolacijska čahura i sustav ležaja uglavnom se koriste u strukturi brtve za magnetski prijenos.
Zračni raspor i izolacija: Postoji određeni zračni raspor između unutarnjeg i vanjskog rotora, koji se koristi za izolaciju aktivnih i pokretanih komponenti. Zračni raspor je uglavnom između 2mm-8mm. Što je zračni raspor manji, to je veća efektivna stopa iskorištenja magneta, ali je izolacija teža; što je veći zračni raspor, to je izolacija praktičnija, ali je manje učinkovito korištenje magnetskog polja magneta. Položaj radijusa zračnog raspora je radni radijus ove magnetske spojke. Prilikom projektiranja, moment potrebnog prijenosa može se dobiti podešavanjem veličine polumjera zračnog raspora.
Kada opterećenje premaši maksimalni zakretni moment, prijenos počinje "kliziti", odnosno magneti kružnim pomakom skaču iz trenutnog stanja spojke u sljedeće stanje spojke. Tijekom ovog procesa klizanja, magnetsko polje u zračnom rasporu se brzo mijenja, a magneti unutarnjeg i vanjskog rotora se međusobno demagnetiziraju u isto vrijeme, stvarajući toplinu. U kratkom razdoblju temperatura može brzo narasti na više od 100 stupnjeva Celzijusa, uzrokujući demagnetizaciju magneta i odbacivanje prijenosa. Stoga, iako ova vrsta prijenosa može igrati ulogu zaštite od preopterećenja, općenito se ne koristi kao uređaj za zaštitu od preopterećenja.
3. Prijenos histereze
Histerezni prijenos je metoda prijenosa koja primjenjuje princip histereze. Uobičajeni histerezni prijenosi općenito su koaksijalne strukture slične sinkronim prijenosima. Razlika je u tome što unutarnji i vanjski rotori koriste različite magnetske materijale. Općenito govoreći, unutarnji rotor (aktivna osovina) koristi materijale s visokom koercitivnošću i visokom remanencijom, kao što je neodim željezo bor. Vanjski rotor (pogonsko vratilo) koristi magnetske materijale niske koercitivnosti, kao što je aluminij nikal kobalt. Magneti na aktivnoj osovini raspoređeni su unakrsno prema NS polovima. Kada opterećenje nije veće od nazivnog zakretnog momenta, gonjeno vratilo rotira sinkrono s aktivnim vratilom; kada opterećenje premaši nazivnu vrijednost, unutarnji i vanjski rotor proklizavaju, a na gonjenu osovinu prenosi se samo nazivni moment. Višak energije oslobađa se u obliku topline tijekom procesa punjenja unutarnjeg magneta i demagnetiziranja vanjskog magneta.
Ova struktura prijenosa histereze obično se nalazi u strojevima za magnetsko zatvaranje, koji mogu osigurati da čepovi boca imaju dovoljnu silu zatezanja bez oštećenja čepova boca.
4. Pogon na vrtložne struje
Zamjenom materijala trajnog magneta pogonskog dijela bilo koje od gore spomenutih magnetskih spojki neferomagnetskim materijalima dobre vodljivosti, kao što su bakar i aluminij, može se postići prijenos vrtložnih struja, iako učinkovitost prijenosa ne mora biti jako visoka. Jednostavna struktura prijenosa vrtložnih struja diska prikazana je na slici:
Na aktivnom disku ugrađeni su magneti visokih performansi u NS križnom načinu. Pogonski disk izrađen je od bakra dobre vodljivosti. Magnetske linije sile prolaze kroz bakreni disk. Aktivni disk se okreće, a vrtložna struja pokreće pogonski bakreni disk da prati rotaciju.
Prijenos vrtložnim strujama može biti sinkroni i asinkroni. Da budemo precizni, sinkroni prijenos vrtložnim strujama općenito ima malu količinu (5%) asinkronije. Na primjer, ulaz je 1000 okretaja u minuti, a izlaz je 950 okretaja u minuti. Ova se asinkronija može prihvatiti kao gubitak prijenosa. Tipična primjena asinkronog prijenosa vrtložnih struja je sustav kontrole napetosti uvlačivog voda. Posebnom kontrolom, funkcija regulacije brzine u određenom rasponu može se postići i prijenosom vrtložnih struja.
Trajni magneti koji se koriste u magnetskim spojkama
Izum i razvoj magnetskih spojnica usko su povezani s neprekidnim napretkom trajnih magnetskih materijala. Magnetske spojke izvorno su izrađene od feritnih materijala, ali zbog svojih niskih magnetskih svojstava mogu prenijeti samo manje momente u istom volumenu kao i tradicionalne spojke, što ograničava razvoj magnetskih spojki.
Magnetska svojstva druge generacije trajnih magnetskih materijala samarij kobalt i aluminij nikal kobalt magneti (AlNiCo) puno su veća od feritnih materijala, tako da proizvedene magnetske spojke mogu prenijeti veće momente. Međutim, visoke cijene samarij kobalta i aluminij nikal kobalta ozbiljno ograničavaju razvoj spojnica magnetskog prijenosa.
Maksimalni produkt magnetske energije (BH) trajnog magnetskog materijala neodimij željezo bor (NdFeB) je 428kJ/m3, što ga čini trećom generacijom trajnog magnetskog materijala nakon samarij kobalta. NdFeB ne samo da ima bolja magnetska svojstva, već ima i jaču tržišnu konkurentnost. NdFeB ima proizvod visoke magnetske energije, zahtijeva manje, ima dobre performanse obrade, može se rezati i bušiti i ima visoku stopu iskorištenja. Stoga može smanjiti volumen magnetskih spojnica, smanjiti troškove i poboljšati učinkovitost. Naširoko se koristi u magnetskim prijenosnim spojnicama.