Magnetisk kobling er en af de vigtige nedstrøms anvendelser af permanente magnetiske materialer. I dag vil vi systematisk introducere princippet, klassificeringen og anvendelsen af magnetisk kobling og også tale om den permanente magnet i magnetisk kobling.
Hvad er magnetisk kobling?
Kobling er en vigtig komponent i mekanisk transmission, som overfører drejningsmoment ved at forbinde drivakslen og den drevne aksel. Den følgende figur viser flere almindelige koblingsformer, som kan hjælpe dig med bedre at forstå, hvad kobling er.
|
|
|
Traditionelle koblinger er af kontakttype og har relativt komplekse strukturer. De vil blive slidt under den daglige drift. Hvis der opstår overbelastning, vil andre mekaniske dele blive alvorligt slidte, hvilket er meget ugunstigt for stabiliteten af mekanisk driftsudstyr. Hvis koblingens drivaksel og drevne aksel skal arbejde i to forskellige medier isoleret fra hinanden, skal der anvendes tætningselementer til dynamisk tætning. På denne måde er der et problem med enten at øge rotationsmodstanden for at sikre pålidelig tætning eller utæthed på grund af dårlig tætning. I takt med at tætningselementerne slides og ældes, vil lækagen desuden blive forværret, især i systemer med skadelige gasser (skadelige væsker). Når den først er lækket, vil den forurene miljøet og bringe liv i fare.
Magnetiske koblinger er berøringsfri koblinger, generelt sammensat af to magneter, med et isolationsdæksel i midten for at adskille de to magneter. Den indre magnet er forbundet til transmissionsdelen, og den ydre magnet er effektivt forbundet til kraftdelen, der transmitterer kraft gennem interaktionen af magnetfelt NS-polkobling. Magnetiske koblinger har funktionen af buffering og vibrationsabsorbering af elastiske koblinger. Derudover bryder den den strukturelle form af traditionelle koblinger og vedtager et nyt magnetisk koblingsprincip for at opnå kraft- og drejningsmomenttransmission mellem drivakslen og den drevne aksel uden direkte kontakt og kan omdanne dynamiske tætninger til statiske tætninger for at opnå nul lækage. Derfor er det meget brugt ved lejligheder med særlige krav til lækage.
Klassificering af magnetiske koblinger
Almindelige magnetiske transmissioner omfatter synkron transmission, hysterese transmission og hvirvelstrømstransmission. På grund af deres respektive egenskaber bruges de på forskellige områder. Synkron transmission refererer til synkronisering af output og input. Der er to almindelige synkrone koblingsstrukturer: plan magnetisk kobling og koaksial magnetisk kobling.
1. Plan magnetisk kobling
Struktur: Magneter er installeret på to skiver med samme diameter på en måde, som krydser NS-stænger. Når de er i brug, monteres de to skiver på henholdsvis drivakslen og den drevne aksel, hvilket efterlader en vis luftspalte imellem.
Princip: Da N-polen på magnet A tiltrækker S-polen på magnet B på den modsatte side og frastøder N-polerne på begge sider af magnet B, sikres det, at den drevne aksel og drivakslen inden for et bestemt drejningsmomentområde holder roterer synkront.
Moment: Denne plane transmission har en enkel struktur og kræver ikke høj koaksialitet af de to aksler under installationen. Da det bruger princippet om plan tiltrækning, jo mindre luftgabet er, jo større drejningsmoment. Da det transmitterede drejningsmoment er proportionalt med skivearealet, kan drejningsmomentet for denne magnetiske kobling desuden ikke være for stort, ellers vil det være for stort og vanskeligt at installere.
2. Koaksial magnetisk kobling
Koaksial magnetisk kobling er den mest udbredte synkrone transmissionsenhed på nuværende tidspunkt, og dens typiske anvendelse er den magnetiske pumpe.
Struktur: Koaksial magnetisk kobling består af den ydre rotor, den indre rotor, isolationsbøsningen og lejesystemet. Magneter er installeret på den ydre omkreds af den indre rotor og den indre omkreds af den ydre rotor. Magneterne er jævne poler og anbragt rundtgående i NS-krydstilstand. Juster arbejdsfladerne på magneterne på indre og ydre rotorer, det vil sige automatisk kobling. Isoleringsbøsningen og lejesystemet bruges hovedsageligt i strukturen af den magnetiske transmissionsforsegling.
Luftspalte og isolering: Der er en vis luftspalte mellem indre og ydre rotorer, som bruges til at isolere aktive og drevne komponenter. Luftspalten er for det meste mellem 2 mm-8mm. Jo mindre luftgabet er, jo højere er den effektive udnyttelsesgrad af magneten, men jo sværere er isoleringen; jo større luftgabet er, jo mere bekvem isolering, men jo mindre effektiv udnyttelse af magnetens magnetfelt. Radiuspositionen af luftgabet er arbejdsradiusen for denne magnetiske kobling. Ved design kan drejningsmomentet for den nødvendige transmission opnås ved at justere størrelsen af luftgabets radius.
Når belastningen overstiger det maksimale drejningsmoment, begynder transmissionen at "glide", det vil sige, at magneterne hopper fra den aktuelle koblingstilstand til den næste koblingstilstand ved cirkulær forskydning. Under denne glideproces ændres det magnetiske felt i luftgabet hurtigt, og magneterne på de indre og ydre rotorer afmagnetiseres af hinanden på samme tid og genererer varme. I løbet af kort tid kan temperaturen hurtigt stige til mere end 100 grader celsius, hvilket får magneterne til at afmagnetisere, og transmissionen bliver skrottet. Derfor, selvom denne type transmission kan spille rollen som overbelastningsbeskyttelse, bruges den generelt ikke som en overbelastningsbeskyttelsesanordning.
3. Hysterese transmission
Hysteresetransmission er en transmissionsmetode, der anvender hystereseprincippet. Almindelige hysteresetransmissioner er generelt koaksiale strukturer, der ligner synkrone transmissioner. Forskellen er, at de indre og ydre rotorer bruger forskellige magnetiske materialer. Generelt bruger den indre rotor (aktiv aksel) materialer med høj koercitivitet og høj remanens, såsom neodymjernbor. Den ydre rotor (drevet aksel) bruger magnetiske materialer med lav koercitivitet, såsom aluminium nikkel cobalt. Magneterne på den aktive aksel er arrangeret på tværs i henhold til NS-polerne. Når belastningen ikke er større end det nominelle drejningsmoment, roterer den drevne aksel synkront med den aktive aksel; når belastningen overstiger den nominelle værdi, glider de indre og ydre rotorer, og kun det nominelle drejningsmoment overføres til den drevne aksel. Den overskydende energi frigives i form af varme under processen med at den indre magnet oplader og afmagnetiserer den ydre magnet.
Denne hysterese-transmissionsstruktur findes almindeligvis i magnetiske hættemaskiner, som kan sikre, at flaskehætterne har tilstrækkelig strammekraft uden at beskadige flaskehætterne.
4. Hvirvel Strøm Drev
Udskiftning af permanentmagnetmaterialet i den drevne del af en af de ovennævnte magnetiske koblinger med ikke-ferromagnetiske materialer med god ledningsevne, såsom kobber og aluminium, kan opnå hvirvelstrømstransmission, selvom transmissionseffektiviteten måske ikke er særlig høj. Den simple skivehvirvelstrømstransmissionsstruktur er vist på figuren:
På den aktive disk er højtydende magneter installeret i NS-krydstilstand. Den drevne skive er lavet af kobber med god ledningsevne. De magnetiske kraftlinjer passerer gennem kobberskiven. Den aktive skive roterer, og hvirvelstrømmen driver den drevne kobberskive til at følge rotationen.
Hvirvelstrømstransmission kan være synkron eller asynkron. For at være præcis har synkron hvirvelstrømstransmission generelt en lille mængde (5%) asynkroni. For eksempel er input 1000rpm, og output er 950rpm. Denne asynkroni kan accepteres som transmissionstab. Den typiske anvendelse af asynkron hvirvelstrømstransmission er spændingskontrolsystemet for den tilbagetrækkelige linje. Gennem speciel styring kan hastighedsreguleringsfunktionen inden for et bestemt område også opnås gennem hvirvelstrømstransmission.
Permanente magneter brugt i magnetiske koblinger
Opfindelsen og udviklingen af magnetiske koblinger er tæt forbundet med den kontinuerlige udvikling af permanente magnetiske materialer. Magnetiske koblinger blev oprindeligt lavet af ferritmaterialer, men på grund af deres lave magnetiske egenskaber kan de kun overføre mindre drejningsmomenter i samme volumen som traditionelle koblinger, hvilket begrænser udviklingen af magnetiske koblinger.
De magnetiske egenskaber af andengenerations permanentmagnetiske materialer samarium cobalt og aluminium nikkel cobalt magneter (AlNiCo) er meget højere end ferritmaterialers egenskaber, så de fremstillede magnetiske koblinger kan overføre større drejningsmomenter. De høje priser på samariumkobolt og aluminiumnikkelkobolt begrænser imidlertid alvorligt udviklingen af magnetiske transmissionskoblinger.
Det maksimale magnetiske energiprodukt (BH) af neodymjernbor (NdFeB) permanent magnetisk materiale er 428kJ/m3, hvilket gør det til den tredje generation af permanent magnetisk materiale efter samariumkobolt. NdFeB har ikke kun bedre magnetiske egenskaber, men har også stærkere markedskonkurrenceevne. NdFeB har et produkt med høj magnetisk energi, kræver mindre, har god bearbejdningsydelse, kan skæres og bores og har et højt udbytte. Derfor kan det reducere mængden af magnetiske koblinger, reducere omkostningerne og forbedre effektiviteten. Det har været meget brugt i magnetiske transmissionskoblinger.