Η μαγνητική σύζευξη είναι μία από τις σημαντικές κατάντη εφαρμογές των μόνιμων μαγνητικών υλικών. Σήμερα, θα εισαγάγουμε συστηματικά την αρχή, την ταξινόμηση και την εφαρμογή της μαγνητικής σύζευξης και επίσης θα μιλήσουμε για τον μόνιμο μαγνήτη στη μαγνητική σύζευξη.
Τι είναι η μαγνητική σύζευξη;
Η ζεύξη είναι ένα σημαντικό εξάρτημα στη μηχανική μετάδοση, η οποία μεταδίδει τη ροπή συνδέοντας τον κινητήριο άξονα και τον κινητήριο άξονα. Το παρακάτω σχήμα δείχνει πολλές κοινές μορφές ζεύξης, οι οποίες μπορούν να σας βοηθήσουν να κατανοήσετε καλύτερα τι είναι η σύζευξη.
|
|
|
Οι παραδοσιακοί σύνδεσμοι είναι τύπου επαφής και έχουν σχετικά πολύπλοκες δομές. Θα φθαρούν κατά τις καθημερινές λειτουργίες. Εάν συμβεί υπερφόρτωση, άλλα μηχανικά μέρη θα φθαρούν σοβαρά, κάτι που είναι πολύ δυσμενές για τη σταθερότητα του εξοπλισμού μηχανικής λειτουργίας. Εάν ο κινητήριος άξονας και ο κινητήριος άξονας του συνδέσμου πρέπει να λειτουργούν σε δύο διαφορετικά μέσα απομονωμένα μεταξύ τους, πρέπει να χρησιμοποιηθούν στοιχεία στεγανοποίησης για δυναμική στεγανοποίηση. Με αυτόν τον τρόπο, υπάρχει πρόβλημα είτε αύξησης της περιστροφικής αντίστασης για την εξασφάλιση αξιόπιστης στεγανοποίησης είτε διαρροής λόγω κακής στεγανοποίησης. Επιπλέον, καθώς τα στοιχεία στεγανοποίησης φθείρονται και γερνούν, η διαρροή θα επιδεινωθεί, ειδικά σε συστήματα με επιβλαβή αέρια (επιβλαβή υγρά). Μόλις διαρρεύσει, θα μολύνει το περιβάλλον και θα θέσει σε κίνδυνο τη ζωή.
Οι μαγνητικές ζεύξεις είναι σύνδεσμοι χωρίς επαφή, που αποτελούνται γενικά από δύο μαγνήτες, με ένα κάλυμμα απομόνωσης στη μέση για τον διαχωρισμό των δύο μαγνητών. Ο εσωτερικός μαγνήτης συνδέεται με το τμήμα μετάδοσης και ο εξωτερικός μαγνήτης συνδέεται αποτελεσματικά με το τμήμα ισχύος, μεταδίδοντας ισχύ μέσω της αλληλεπίδρασης του μαγνητικού πεδίου σύζευξης πόλων NS. Οι μαγνητικές ζεύξεις έχουν τη λειτουργία ρυθμιστή και απορρόφησης κραδασμών των ελαστικών συνδέσμων. Επιπλέον, σπάει τη δομική μορφή των παραδοσιακών συνδέσμων και υιοθετεί μια νέα αρχή μαγνητικής ζεύξης για να επιτύχει μετάδοση δύναμης και ροπής μεταξύ του κινητήριου άξονα και του κινητήριου άξονα χωρίς άμεση επαφή και μπορεί να μετατρέψει τις δυναμικές στεγανοποιήσεις σε στατικές στεγανοποιήσεις για να επιτευχθεί μηδενική διαρροή. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται ευρέως σε περιπτώσεις με ειδικές απαιτήσεις για διαρροή.
Ταξινόμηση μαγνητικών συνδέσμων
Οι κοινές μαγνητικές μεταδόσεις περιλαμβάνουν τη σύγχρονη μετάδοση, τη μετάδοση υστέρησης και τη μετάδοση δινορευμάτων. Λόγω των αντίστοιχων χαρακτηριστικών τους, χρησιμοποιούνται σε διαφορετικούς τομείς. Η σύγχρονη μετάδοση αναφέρεται στον συγχρονισμό εξόδου και εισόδου. Υπάρχουν δύο κοινές δομές σύγχρονης σύζευξης: η επίπεδη μαγνητική σύζευξη και η ομοαξονική μαγνητική σύζευξη.
1. Επίπεδη μαγνητική σύζευξη
Δομή: Οι μαγνήτες τοποθετούνται σε δύο δίσκους ίδιας διαμέτρου με τρόπο διέλευσης πόλων NS. Όταν χρησιμοποιούνται, οι δύο δίσκοι τοποθετούνται στον κινητήριο άξονα και στον κινητήριο άξονα αντίστοιχα, αφήνοντας ένα συγκεκριμένο κενό αέρα ενδιάμεσα.
Αρχή: Εφόσον ο πόλος Ν του μαγνήτη Α έλκει τον πόλο S του μαγνήτη Β στην αντίθετη πλευρά και απωθεί τους πόλους Ν και στις δύο πλευρές του μαγνήτη Β, διασφαλίζεται ότι μέσα σε ένα ορισμένο εύρος ροπής, ο κινητήριος άξονας και ο κινητήριος άξονας διατηρούνται περιστρέφεται συγχρόνως.
Ροπή: Αυτή η επίπεδη μετάδοση έχει απλή δομή και δεν απαιτεί υψηλή ομοαξονικότητα των δύο αξόνων κατά την εγκατάσταση. Εφόσον χρησιμοποιεί την αρχή της έλξης επιπέδου, όσο μικρότερο είναι το διάκενο αέρα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ροπή. Επιπλέον, δεδομένου ότι η μεταδιδόμενη ροπή είναι ανάλογη με την περιοχή του δίσκου, η ροπή αυτής της μαγνητικής ζεύξης δεν μπορεί να είναι πολύ μεγάλη, διαφορετικά θα είναι πολύ μεγάλη και δύσκολη στην εγκατάσταση.
2. Ομοαξονική μαγνητική σύζευξη
Η ομοαξονική μαγνητική σύζευξη είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη συσκευή σύγχρονης μετάδοσης επί του παρόντος και η τυπική της εφαρμογή είναι η μαγνητική αντλία.
Δομή: Ο ομοαξονικός μαγνητικός σύνδεσμος αποτελείται από τον εξωτερικό ρότορα, τον εσωτερικό ρότορα, το χιτώνιο απομόνωσης και το σύστημα ρουλεμάν. Οι μαγνήτες εγκαθίστανται στην εξωτερική περιφέρεια του εσωτερικού ρότορα και στην εσωτερική περιφέρεια του εξωτερικού ρότορα. Οι μαγνήτες είναι ίσοι πόλοι και διατάσσονται περιφερειακά σε λειτουργία NS cross. Ευθυγραμμίστε τις επιφάνειες εργασίας των μαγνητών των εσωτερικών και εξωτερικών ρότορων, δηλαδή της αυτόματης σύζευξης. Το χιτώνιο απομόνωσης και το σύστημα ρουλεμάν χρησιμοποιούνται κυρίως στη δομή της σφραγίδας μαγνητικής μετάδοσης.
Διάκενο και απομόνωση αέρα: Υπάρχει ένα συγκεκριμένο διάκενο αέρα μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού ρότορα, το οποίο χρησιμοποιείται για την απομόνωση ενεργών και κινούμενων εξαρτημάτων. Το διάκενο αέρα είναι κυρίως μεταξύ 2mm-8mm. Όσο μικρότερο είναι το διάκενο αέρα, τόσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός αποτελεσματικής χρήσης του μαγνήτη, αλλά τόσο πιο δύσκολη είναι η απομόνωση. Όσο μεγαλύτερο είναι το διάκενο αέρα, τόσο πιο βολική είναι η απομόνωση, αλλά τόσο λιγότερο αποτελεσματική είναι η χρήση του μαγνητικού πεδίου του μαγνήτη. Η θέση ακτίνας του διακένου αέρα είναι η ακτίνα εργασίας αυτής της μαγνητικής ζεύξης. Κατά το σχεδιασμό, η ροπή της απαιτούμενης μετάδοσης μπορεί να ληφθεί ρυθμίζοντας το μέγεθος της ακτίνας του διακένου αέρα.
Όταν το φορτίο υπερβαίνει τη μέγιστη ροπή, το κιβώτιο ταχυτήτων αρχίζει να «γλιστράει», δηλαδή οι μαγνήτες μεταπηδούν από την τρέχουσα κατάσταση σύζευξης στην επόμενη κατάσταση σύζευξης με κυκλική μετατόπιση. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας ολίσθησης, το μαγνητικό πεδίο στο διάκενο αέρα αλλάζει γρήγορα και οι μαγνήτες του εσωτερικού και του εξωτερικού ρότορα απομαγνητίζονται ο ένας από τον άλλο ταυτόχρονα, δημιουργώντας θερμότητα. Σε σύντομο χρονικό διάστημα, η θερμοκρασία μπορεί να ανέλθει γρήγορα σε περισσότερους από 100 βαθμούς Κελσίου, με αποτέλεσμα οι μαγνήτες να απομαγνητιστούν και η μετάδοση να διακοπεί. Επομένως, αν και αυτός ο τύπος μετάδοσης μπορεί να παίξει το ρόλο της προστασίας από υπερφόρτωση, γενικά δεν χρησιμοποιείται ως συσκευή προστασίας από υπερφόρτωση.
3. Μετάδοση υστέρησης
Η μετάδοση υστέρησης είναι μια μέθοδος μετάδοσης που εφαρμόζει την αρχή της υστέρησης. Οι κοινές μεταδόσεις υστέρησης είναι γενικά ομοαξονικές δομές παρόμοιες με τις σύγχρονες μεταδόσεις. Η διαφορά είναι ότι ο εσωτερικός και ο εξωτερικός ρότορας χρησιμοποιούν διαφορετικά μαγνητικά υλικά. Σε γενικές γραμμές, ο εσωτερικός ρότορας (ενεργός άξονας) χρησιμοποιεί υλικά με υψηλή καταναγκαστική ικανότητα και υψηλή παραμονή, όπως το σίδηρο βόριο νεοδυμίου. Ο εξωτερικός ρότορας (κινητήριος άξονας) χρησιμοποιεί μαγνητικά υλικά με χαμηλή καταναγκαστική ικανότητα, όπως κοβάλτιο νικελίου αλουμινίου. Οι μαγνήτες στον ενεργό άξονα είναι διατεταγμένοι σταυρωτά σύμφωνα με τους πόλους NS. Όταν το φορτίο δεν είναι μεγαλύτερο από την ονομαστική ροπή, ο κινούμενος άξονας περιστρέφεται συγχρόνως με τον ενεργό άξονα. όταν το φορτίο υπερβαίνει την ονομαστική τιμή, ο εσωτερικός και ο εξωτερικός ρότορας ολισθαίνουν και μόνο η ονομαστική ροπή μεταδίδεται στον κινούμενο άξονα. Η περίσσεια ενέργειας απελευθερώνεται με τη μορφή θερμότητας κατά τη διαδικασία φόρτισης του εσωτερικού μαγνήτη και απομαγνητισμού του εξωτερικού μαγνήτη.
Αυτή η δομή μετάδοσης υστέρησης βρίσκεται συνήθως σε μηχανές μαγνητικού πώματος, οι οποίες μπορούν να εξασφαλίσουν ότι τα καπάκια της φιάλης έχουν επαρκή δύναμη σύσφιξης χωρίς να καταστρέψουν τα καπάκια της φιάλης.
4. Δίσκος δινορευμάτων
Η αντικατάσταση του υλικού μόνιμου μαγνήτη του κινούμενου τμήματος οποιουδήποτε από τους προαναφερθέντες μαγνητικούς συνδέσμους με μη σιδηρομαγνητικά υλικά με καλή αγωγιμότητα, όπως χαλκός και αλουμίνιο, μπορεί να επιτύχει μετάδοση δινορευμάτων, αν και η απόδοση μετάδοσης μπορεί να μην είναι πολύ υψηλή. Η δομή μετάδοσης του απλού δίσκου δινορευμάτων φαίνεται στο σχήμα:
Στον ενεργό δίσκο, τοποθετούνται μαγνήτες υψηλής απόδοσης στη λειτουργία NS cross. Ο κινούμενος δίσκος είναι κατασκευασμένος από χαλκό με καλή αγωγιμότητα. Οι μαγνητικές γραμμές δύναμης διέρχονται από τον χάλκινο δίσκο. Ο ενεργός δίσκος περιστρέφεται και το δινορεύμα οδηγεί τον κινούμενο χάλκινο δίσκο να ακολουθήσει την περιστροφή.
Η μετάδοση δινορευμάτων μπορεί να είναι σύγχρονη ή ασύγχρονη. Για την ακρίβεια, η σύγχρονη μετάδοση δινορευμάτων έχει γενικά μια μικρή ποσότητα (5%) ασυγχρονισμού. Για παράδειγμα, η είσοδος είναι 1000 rpm και η έξοδος είναι 950 rpm. Αυτός ο ασυγχρονισμός μπορεί να γίνει αποδεκτός ως απώλεια μετάδοσης. Η τυπική εφαρμογή της ασύγχρονης μετάδοσης δινορευμάτων είναι το σύστημα ελέγχου τάσης της ανασυρόμενης γραμμής. Μέσω ειδικού ελέγχου, η λειτουργία ρύθμισης της ταχύτητας εντός ορισμένου εύρους μπορεί να επιτευχθεί και μέσω μετάδοσης δινορρευμάτων.
Μόνιμοι μαγνήτες που χρησιμοποιούνται σε μαγνητικούς συνδέσμους
Η εφεύρεση και η ανάπτυξη μαγνητικών συνδέσμων σχετίζεται στενά με τη συνεχή πρόοδο των μόνιμων μαγνητικών υλικών. Οι μαγνητικές ζεύξεις κατασκευάζονταν αρχικά από υλικά φερρίτη, αλλά λόγω των χαμηλών μαγνητικών τους ιδιοτήτων, μπορούν να μεταδώσουν μόνο μικρότερες ροπές στον ίδιο όγκο με τους παραδοσιακούς συνδέσμους, γεγονός που περιορίζει την ανάπτυξη μαγνητικών συζεύξεων.
Οι μαγνητικές ιδιότητες των μόνιμων μαγνητικών υλικών δεύτερης γενιάς μαγνήτες κοβαλτίου σαμαρίου και νικελίου αλουμινίου κοβαλτίου (AlNiCo) είναι πολύ υψηλότερες από εκείνες των υλικών φερρίτη, επομένως οι κατασκευασμένοι μαγνητικοί σύνδεσμοι μπορούν να μεταδώσουν μεγαλύτερες ροπές. Ωστόσο, οι υψηλές τιμές του κοβαλτίου σαμάριου και του κοβαλτίου νικελίου αλουμινίου περιορίζουν σοβαρά την ανάπτυξη μαγνητικών συνδέσμων μετάδοσης.
Το μέγιστο προϊόν μαγνητικής ενέργειας (BH) του μόνιμου μαγνητικού υλικού νεοδυμίου σιδήρου βορίου (NdFeB) είναι 428 kJ/m3, καθιστώντας το την τρίτη γενιά μόνιμου μαγνητικού υλικού μετά το κοβάλτιο σαμάριου. Το NdFeB όχι μόνο έχει καλύτερες μαγνητικές ιδιότητες αλλά έχει και ισχυρότερη ανταγωνιστικότητα στην αγορά. Το NdFeB έχει προϊόν υψηλής μαγνητικής ενέργειας, απαιτεί λιγότερα, έχει καλή απόδοση επεξεργασίας, μπορεί να κοπεί και να τρυπηθεί και έχει υψηλό ποσοστό απόδοσης. Επομένως, μπορεί να μειώσει τον όγκο των μαγνητικών συνδέσμων, να μειώσει το κόστος και να βελτιώσει την απόδοση. Έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε συνδέσμους μαγνητικής μετάδοσης.