Magnetická väzba je jednou z dôležitých následných aplikácií permanentných magnetických materiálov. Dnes si systematicky predstavíme princíp, klasifikáciu a použitie magnetickej väzby a tiež hovoríme o permanentnom magnete v magnetickej spojke.
Čo je magnetická väzba?
Spojka je dôležitým komponentom v mechanickom prevode, ktorý prenáša krútiaci moment spojením hnacieho hriadeľa a hnaného hriadeľa. Nasledujúci obrázok zobrazuje niekoľko bežných foriem spojok, ktoré vám môžu pomôcť lepšie pochopiť, čo je spojka.
|
|
|
Tradičné spojky sú kontaktného typu a majú pomerne zložité štruktúry. Počas každodennej prevádzky sa opotrebujú. Ak dôjde k preťaženiu, ostatné mechanické časti sa vážne opotrebúvajú, čo je veľmi nepriaznivé pre stabilitu mechanických prevádzkových zariadení. Ak hnací hriadeľ a hnaný hriadeľ spojky musia pracovať v dvoch rôznych médiách, ktoré sú od seba izolované, musia sa použiť tesniace prvky na dynamické utesnenie. Týmto spôsobom vzniká problém buď zvýšenia rotačného odporu, aby sa zabezpečilo spoľahlivé utesnenie, alebo netesnosti v dôsledku zlého tesnenia. Okrem toho, keď sa tesniace prvky opotrebúvajú a starnú, presakovanie sa zhorší, najmä v systémoch so škodlivými plynmi (škodlivé kvapaliny). Po úniku bude znečisťovať životné prostredie a ohrozovať život.
Magnetické spojky sú bezkontaktné spojky, vo všeobecnosti zložené z dvoch magnetov, s izolačným krytom v strede na oddelenie dvoch magnetov. Vnútorný magnet je pripojený k prenosovej časti a vonkajší magnet je účinne pripojený k silovej časti a prenáša energiu prostredníctvom interakcie magnetického poľa NS pólovej väzby. Magnetické spojky majú funkciu tlmenia a pohlcovania vibrácií elastických spojok. Okrem toho porušuje štrukturálnu formu tradičných spojok a prijíma nový princíp magnetickej spojky na dosiahnutie prenosu sily a krútiaceho momentu medzi hnacím hriadeľom a hnaným hriadeľom bez priameho kontaktu a môže transformovať dynamické tesnenia na statické tesnenia, aby sa dosiahol nulový únik. Preto je široko používaný pri príležitostiach so špeciálnymi požiadavkami na únik.
Klasifikácia magnetických spojok
Bežné magnetické prenosy zahŕňajú synchrónny prenos, hysterézny prenos a prenos vírivými prúdmi. Vzhľadom na ich príslušné vlastnosti sa používajú v rôznych oblastiach. Synchrónny prenos sa týka synchronizácie výstupu a vstupu. Existujú dve bežné synchrónne väzbové štruktúry: planárna magnetická väzba a koaxiálna magnetická väzba.
1. Planárna magnetická väzba
Konštrukcia: Magnety sú inštalované na dvoch kotúčoch rovnakého priemeru spôsobom kríženia NS pólov. Pri používaní sú dva kotúče inštalované na hnacom hriadeli a hnanom hriadeli, pričom medzi nimi zostáva určitá vzduchová medzera.
Princíp: Keďže N pól magnetu A priťahuje pól S magnetu B na opačnej strane a odpudzuje N pólov na oboch stranách magnetu B, je zabezpečené, že v určitom rozsahu krútiaceho momentu sa hnaný hriadeľ a hnací hriadeľ udržia otáčanie synchrónne.
Krútiaci moment: Táto rovinná prevodovka má jednoduchú štruktúru a počas inštalácie nevyžaduje vysokú súosovosť dvoch hriadeľov. Keďže využíva princíp rovinnej príťažlivosti, čím menšia vzduchová medzera, tým väčší krútiaci moment. Okrem toho, keďže prenášaný krútiaci moment je úmerný ploche disku, krútiaci moment tejto magnetickej spojky nemôže byť príliš veľký, inak bude príliš veľká a ťažko sa montuje.
2. Koaxiálna magnetická spojka
Koaxiálna magnetická spojka je v súčasnosti najpoužívanejším synchrónnym prenosovým zariadením a jej typickou aplikáciou je magnetické čerpadlo.
Konštrukcia: Koaxiálna magnetická spojka pozostáva z vonkajšieho rotora, vnútorného rotora, izolačného puzdra a ložiskového systému. Magnety sú inštalované na vonkajšom obvode vnútorného rotora a vnútornom obvode vonkajšieho rotora. Magnety sú rovné póly a sú usporiadané po obvode v NS krížovom režime. Zarovnajte pracovné plochy magnetov vnútorných a vonkajších rotorov, to znamená automatickú spojku. Izolačné puzdro a ložiskový systém sa používajú hlavne v štruktúre tesnenia magnetického prenosu.
Vzduchová medzera a izolácia: Medzi vnútorným a vonkajším rotorom je určitá vzduchová medzera, ktorá sa používa na izoláciu aktívnych a poháňaných komponentov. Vzduchová medzera je väčšinou medzi 2 mm-8 mm. Čím menšia je vzduchová medzera, tým vyššia je efektívna miera využitia magnetu, ale čím je ťažšia izolácia; čím väčšia je vzduchová medzera, tým je izolácia vhodnejšia, ale tým menej efektívne je využitie magnetického poľa magnetu. Polomerová poloha vzduchovej medzery je pracovným polomerom tejto magnetickej spojky. Pri návrhu možno krútiaci moment požadovaného prevodu získať úpravou veľkosti polomeru vzduchovej medzery.
Keď zaťaženie presiahne maximálny krútiaci moment, prevodovka začne "kĺzať", to znamená, že magnety preskočia z aktuálneho stavu spojenia do nasledujúceho stavu spojenia kruhovým posunom. Počas tohto procesu skĺznutia sa magnetické pole vo vzduchovej medzere rýchlo mení a magnety vnútorného a vonkajšieho rotora sa súčasne navzájom demagnetizujú a vytvárajú teplo. V krátkom čase môže teplota rýchlo stúpnuť na viac ako 100 stupňov Celzia, čo spôsobí demagnetizáciu magnetov a vyradenie prevodovky. Preto, hoci tento typ prevodu môže hrať úlohu ochrany proti preťaženiu, vo všeobecnosti sa nepoužíva ako zariadenie na ochranu proti preťaženiu.
3. Prenos hysterézy
Hysterézny prenos je spôsob prenosu, ktorý využíva princíp hysterézy. Bežné hysterézne prenosy sú vo všeobecnosti koaxiálne štruktúry podobné synchrónnym prenosom. Rozdiel je v tom, že vnútorný a vonkajší rotor používajú rôzne magnetické materiály. Všeobecne povedané, vnútorný rotor (aktívny hriadeľ) používa materiály s vysokou koercitivitou a vysokou remanenciou, ako je neodým železobór. Vonkajší rotor (hnaný hriadeľ) využíva magnetické materiály s nízkou koercitivitou, ako je hliník nikel kobalt. Magnety na aktívnom hriadeli sú usporiadané krížovo podľa NS pólov. Keď zaťaženie nie je väčšie ako menovitý krútiaci moment, hnaný hriadeľ sa otáča synchrónne s aktívnym hriadeľom; keď zaťaženie prekročí menovitú hodnotu, vnútorný a vonkajší rotor sa prešmyknú a na hnaný hriadeľ sa prenáša iba menovitý krútiaci moment. Prebytočná energia sa uvoľňuje vo forme tepla počas procesu nabíjania a demagnetizácie vonkajšieho magnetu.
Táto hysterézna prenosová štruktúra sa bežne vyskytuje v strojoch na magnetické uzatváranie uzáverov, ktoré môžu zabezpečiť, že uzávery fliaš majú dostatočnú uťahovaciu silu bez poškodenia uzáverov fliaš.
4. Pohon vírivým prúdom
Nahradením materiálu permanentného magnetu hnanej časti ktorejkoľvek z vyššie uvedených magnetických spojok neferomagnetickými materiálmi s dobrou vodivosťou, ako je meď a hliník, je možné dosiahnuť prenos vírivých prúdov, hoci účinnosť prenosu nemusí byť veľmi vysoká. Jednoduchá disková prenosová štruktúra vírivých prúdov je znázornená na obrázku:
Na aktívnom disku sú v krížovom režime NS nainštalované vysokovýkonné magnety. Hnaný kotúč je vyrobený z medi s dobrou vodivosťou. Magnetické siločiary prechádzajú medeným kotúčom. Aktívny kotúč sa otáča a vírivý prúd poháňa poháňaný medený kotúč, aby sledoval rotáciu.
Prenos vírivých prúdov môže byť synchrónny alebo asynchrónny. Presnejšie povedané, synchrónny prenos vírivých prúdov má vo všeobecnosti malé množstvo (5 %) asynchrónnosti. Napríklad vstup je 1000 ot./min a výstup je 950 ot./min. Táto asynchrónnosť môže byť akceptovaná ako prenosová strata. Typickou aplikáciou asynchrónneho prenosu vírivých prúdov je systém riadenia ťahu navíjacieho vedenia. Pomocou špeciálneho ovládania možno funkciu regulácie rýchlosti v určitom rozsahu dosiahnuť aj pomocou prenosu vírivými prúdmi.
Permanentné magnety používané v magnetických spojkách
Vynález a vývoj magnetických spojok úzko súvisí s neustálym vývojom permanentných magnetických materiálov. Magnetické spojky boli pôvodne vyrobené z feritových materiálov, ale vzhľadom na ich nízke magnetické vlastnosti dokážu prenášať len menšie krútiace momenty v rovnakom objeme ako tradičné spojky, čo obmedzuje vývoj magnetických spojok.
Magnetické vlastnosti permanentných magnetických materiálov druhej generácie samáriových kobaltových a hliníkovoniklových kobaltových magnetov (AlNiCo) sú oveľa vyššie ako vlastnosti feritových materiálov, takže vyrobené magnetické spojky môžu prenášať väčšie krútiace momenty. Avšak vysoké ceny kobaltu samária a hliníka a niklu kobaltu vážne obmedzujú vývoj magnetických prenosových spojok.
Maximálny súčin magnetickej energie (BH) permanentného magnetického materiálu neodým a železa bóru (NdFeB) je 428 kJ/m3, čo z neho robí tretiu generáciu permanentného magnetického materiálu po samáriovom kobalte. NdFeB má nielen lepšie magnetické vlastnosti, ale má aj silnejšiu konkurencieschopnosť na trhu. NdFeB má produkt s vysokou magnetickou energiou, vyžaduje menej, má dobrý spracovateľský výkon, možno ho rezať a vŕtať a má vysoký výnos. Preto môže znížiť objem magnetických spojok, znížiť náklady a zlepšiť účinnosť. Je široko používaný v magnetických prenosových spojkách.