Magnetisk koppling är en av de viktiga nedströmsapplikationerna av permanentmagnetiska material. Idag kommer vi systematiskt att introducera principen, klassificeringen och tillämpningen av magnetisk koppling, och även prata om permanentmagneten i magnetisk koppling.
Vad är magnetisk koppling?
Kopplingen är en viktig komponent i mekanisk transmission, som överför vridmoment genom att koppla ihop drivaxeln och den drivna axeln. Följande bild visar flera vanliga kopplingsformer, som kan hjälpa dig att bättre förstå vad koppling är.
|
|
|
Traditionella kopplingar är av kontakttyp och har relativt komplexa strukturer. De kommer att slitas ut under den dagliga verksamheten. Om överbelastning uppstår kommer andra mekaniska delar att slitas allvarligt ut, vilket är mycket ogynnsamt för stabiliteten hos mekanisk driftutrustning. Om kopplingens drivaxel och drivna axel behöver arbeta i två olika media isolerade från varandra, måste tätningselement användas för dynamisk tätning. På detta sätt finns det ett problem att antingen öka rotationsmotståndet för att säkerställa tillförlitlig tätning eller läckage på grund av dålig tätning. När tätningselementen slits och åldras kommer dessutom läckaget att förvärras, särskilt i system med skadliga gaser (skadliga vätskor). När det väl läckt kommer det att förorena miljön och äventyra liv.
Magnetiska kopplingar är beröringsfria kopplingar, vanligtvis sammansatta av två magneter, med ett isoleringsskydd i mitten för att separera de två magneterna. Den inre magneten är ansluten till transmissionsdelen, och den yttre magneten är effektivt ansluten till kraftdelen och överför kraft genom interaktionen av magnetfältets NS-polkoppling. Magnetiska kopplingar har funktionen att buffra och vibrationsdämpa elastiska kopplingar. Dessutom bryter den den strukturella formen av traditionella kopplingar och antar en ny magnetisk kopplingsprincip för att uppnå kraft- och vridmomentöverföring mellan drivaxeln och den drivna axeln utan direkt kontakt, och kan omvandla dynamiska tätningar till statiska tätningar för att uppnå nollläckage. Därför används den ofta vid tillfällen med speciella krav på läckage.
Klassificering av magnetiska kopplingar
Vanliga magnetiska transmissioner inkluderar synkron transmission, hysterestransmission och virvelströmstransmission. På grund av sina respektive egenskaper används de inom olika områden. Synkron överföring avser synkronisering av utdata och ingång. Det finns två vanliga synkrona kopplingsstrukturer: plan magnetisk koppling och koaxial magnetisk koppling.
1. Plan magnetisk koppling
Struktur: Magneter installeras på två skivor med samma diameter på ett sätt som korsar NS-stolpar. Vid användning installeras de två skivorna på drivaxeln respektive den drivna axeln, vilket lämnar ett visst luftspalt emellan.
Princip: Eftersom N-polen på magnet A attraherar S-polen på magnet B på motsatt sida och stöter bort N-polerna på båda sidor om magnet B, säkerställs att den drivna axeln och drivaxeln inom ett visst vridmomentområde håller sig roterar synkront.
Vridmoment: Denna plana transmission har en enkel struktur och kräver inte hög koaxialitet för de två axlarna under installationen. Eftersom den använder principen om plan attraktion, ju mindre luftgapet är, desto större vridmoment. Dessutom, eftersom det överförda vridmomentet är proportionellt mot skivytan, kan vridmomentet för denna magnetiska koppling inte vara för stort, annars blir det för stort och svårt att installera.
2. Koaxial magnetisk koppling
Koaxial magnetisk koppling är den mest använda synkrona transmissionsanordningen för närvarande, och dess typiska tillämpning är den magnetiska pumpen.
Struktur: Koaxial magnetisk koppling består av den yttre rotorn, den inre rotorn, isoleringshylsan och lagersystemet. Magneter är installerade på den yttre omkretsen av den inre rotorn och den inre omkretsen av den yttre rotorn. Magneterna är jämna poler och anordnade periferiellt i NS-korsläge. Rikta in arbetsytorna på magneterna på inre och yttre rotorer, det vill säga automatisk koppling. Isoleringshylsan och lagersystemet används huvudsakligen i strukturen av den magnetiska transmissionstätningen.
Luftgap och isolering: Det finns ett visst luftgap mellan inre och yttre rotorer, som används för att isolera aktiva och drivna komponenter. Luftgapet är oftast mellan 2 mm-8mm. Ju mindre luftgapet är, desto högre är magnetens effektiva utnyttjandegrad, men desto svårare är isoleringen; ju större luftgapet är, desto bekvämare är isoleringen, men desto mindre effektivt utnyttjas magnetens magnetfält. Luftgapets radieposition är arbetsradien för denna magnetiska koppling. Vid konstruktion kan vridmomentet för den erforderliga transmissionen erhållas genom att justera storleken på luftgapsradien.
När belastningen överstiger det maximala vridmomentet börjar transmissionen "glida", det vill säga magneterna hoppar från det aktuella kopplingstillståndet till nästa kopplingstillstånd genom cirkulär förskjutning. Under denna glidprocess förändras magnetfältet i luftgapet snabbt, och magneterna på de inre och yttre rotorerna avmagnetiseras samtidigt av varandra, vilket genererar värme. På kort tid kan temperaturen snabbt stiga till mer än 100 grader Celsius, vilket gör att magneterna avmagnetiseras och transmissionen skrotas. Därför, även om denna typ av överföring kan spela rollen som överbelastningsskydd, används den i allmänhet inte som en överbelastningsskyddsanordning.
3. Hysteres transmission
Hysterestransmission är en transmissionsmetod som tillämpar hysteresprincipen. Vanliga hysterestransmissioner är i allmänhet koaxiala strukturer som liknar synkrona transmissioner. Skillnaden är att de inre och yttre rotorerna använder olika magnetiska material. Generellt sett använder den inre rotorn (aktiv axel) material med hög koercitivitet och hög remanens, såsom neodymjärnbor. Den yttre rotorn (driven axel) använder magnetiska material med låg koercitivitet, såsom aluminiumnickelkobolt. Magneterna på den aktiva axeln är anordnade korsvis enligt NS-polerna. När belastningen inte är större än det nominella vridmomentet, roterar den drivna axeln synkront med den aktiva axeln; när belastningen överstiger det nominella värdet slirar de inre och yttre rotorerna, och endast det nominella vridmomentet överförs till den drivna axeln. Överskottsenergin frigörs i form av värme under processen med att den inre magneten laddar och avmagnetiserar den yttre magneten.
Denna hysterestransmissionsstruktur finns vanligtvis i magnetiska kapsylmaskiner, som kan säkerställa att flaskkorkarna har tillräcklig åtdragningskraft utan att skada flaskkorkarna.
4. Virvel Ström Drive
Att ersätta permanentmagnetmaterialet i den drivna delen av någon av de ovan nämnda magnetiska kopplingarna med icke-ferromagnetiska material med god ledningsförmåga, såsom koppar och aluminium, kan åstadkomma virvelströmsöverföring, även om överföringseffektiviteten kanske inte är särskilt hög. Den enkla skivans virvelströmöverföringsstruktur visas i figuren:
På den aktiva skivan är högpresterande magneter installerade i NS-korsläget. Den drivna skivan är gjord av koppar med god ledningsförmåga. De magnetiska kraftlinjerna passerar genom kopparskivan. Den aktiva skivan roterar och virvelströmmen driver den drivna kopparskivan att följa rotationen.
Virvelströmsöverföring kan vara synkron eller asynkron. För att vara exakt har synkron virvelströmöverföring i allmänhet en liten mängd (5%) asynkron. Till exempel är ingången 1000rpm och uteffekten är 950rpm. Denna asynkroni kan accepteras som överföringsförlust. Den typiska tillämpningen av asynkron virvelströmöverföring är spänningskontrollsystemet för den indragbara ledningen. Genom speciell styrning kan hastighetsregleringsfunktionen inom ett visst område även uppnås genom virvelströmsöverföring.
Permanenta magneter som används i magnetiska kopplingar
Uppfinningen och utvecklingen av magnetiska kopplingar är nära besläktade med den kontinuerliga utvecklingen av permanentmagnetiska material. Magnetiska kopplingar tillverkades ursprungligen av ferritmaterial, men på grund av sina låga magnetiska egenskaper kan de bara överföra mindre vridmoment i samma volym som traditionella kopplingar, vilket begränsar utvecklingen av magnetiska kopplingar.
De magnetiska egenskaperna hos andra generationens permanentmagnetiska material samariumkobolt- och aluminiumnickelkoboltmagneter (AlNiCo) är mycket högre än de hos ferritmaterial, så de tillverkade magnetiska kopplingarna kan överföra större vridmoment. Men de höga priserna på samariumkobolt och aluminiumnickelkobolt begränsar allvarligt utvecklingen av magnetiska transmissionskopplingar.
Den maximala magnetiska energiprodukten (BH) av neodymjärnbor (NdFeB) permanentmagnetiskt material är 428kJ/m3, vilket gör det till den tredje generationen permanentmagnetiskt material efter samariumkobolt. NdFeB har inte bara bättre magnetiska egenskaper utan har också starkare konkurrenskraft på marknaden. NdFeB har en produkt med hög magnetisk energi, kräver mindre, har bra bearbetningsprestanda, kan skäras och borras och har en hög utbytegrad. Därför kan det minska volymen av magnetiska kopplingar, minska kostnaderna och förbättra effektiviteten. Det har använts i stor utsträckning i magnetiska transmissionskopplingar.