L'acoblament magnètic és una de les aplicacions importants aigües avall dels materials magnètics permanents. Avui introduirem sistemàticament el principi, la classificació i l'aplicació de l'acoblament magnètic, i també parlarem de l'imant permanent en l'acoblament magnètic.
Què és l'acoblament magnètic?
L'acoblament és un component important en la transmissió mecànica, que transmet el parell connectant l'eix motriu i l'eix impulsat. La figura següent mostra diverses formes d'acoblament habituals, que us poden ajudar a entendre millor què és l'acoblament.
|
|
|
Els acoblaments tradicionals són de tipus de contacte i tenen estructures relativament complexes. Es desgastaran durant les operacions diàries. Si es produeix una sobrecàrrega, altres peces mecàniques es desgastaran greument, cosa que és molt desfavorable per a l'estabilitat dels equips d'operació mecànica. Si l'eix motriu i l'eix conduït de l'acoblament necessiten funcionar en dos mitjans diferents aïllats entre si, s'han d'utilitzar elements de segellat per al segellat dinàmic. D'aquesta manera, hi ha un problema d'augmentar la resistència a la rotació per garantir un segellat fiable o de fuites a causa d'un segellat deficient. A més, a mesura que els elements de segellat es desgasten i envelleixen, les fuites s'agreujaran, especialment en sistemes amb gasos nocius (líquids nocius). Un cop filtrat, contaminarà el medi ambient i posarà en perill la vida.
Els acoblaments magnètics són acoblaments sense contacte, formats generalment per dos imants, amb una coberta d'aïllament al mig per separar els dos imants. L'imant interior està connectat a la part de transmissió i l'imant exterior està connectat eficaçment a la part de potència, transmetent potència mitjançant la interacció de l'acoblament del pol NS del camp magnètic. Els acoblaments magnètics tenen la funció d'amortitzar i absorbir les vibracions dels acoblaments elàstics. A més, trenca la forma estructural dels acoblaments tradicionals i adopta un nou principi d'acoblament magnètic per aconseguir la transmissió de la força i el parell entre l'eix motriu i l'eix impulsat sense contacte directe, i pot transformar segells dinàmics en segells estàtics per aconseguir una fuita zero. Per tant, s'utilitza àmpliament en ocasions amb requisits especials de fuites.
Classificació dels acoblaments magnètics
Les transmissions magnètiques habituals inclouen la transmissió síncrona, la transmissió per histèresi i la transmissió de corrents de Foucault. Per les seves respectives característiques, s'utilitzen en diferents camps. La transmissió síncrona fa referència a la sincronització de la sortida i l'entrada. Hi ha dues estructures comunes d'acoblament síncron: l'acoblament magnètic pla i l'acoblament magnètic coaxial.
1. Acoblament magnètic pla
Estructura: Els imants s'instal·len en dos discos del mateix diàmetre de manera que creuen pols NS. Quan s'utilitzen, els dos discs s'instal·len a l'eix motriu i l'eix conduït respectivament, deixant un cert espai d'aire entremig.
Principi: com que el pol N de l'imant A atreu el pol S de l'imant B al costat oposat i repel·leix els N pols a banda i banda de l'imant B, s'assegura que dins d'un determinat rang de parell, l'eix impulsat i l'eix motriu es mantinguin. girant de forma sincrònica.
Parell: Aquesta transmissió plana té una estructura senzilla i no requereix una alta coaxialitat dels dos eixos durant la instal·lació. Com que utilitza el principi d'atracció plana, com més petit és l'entrefer, més gran és el parell. A més, com que el parell transmès és proporcional a l'àrea del disc, el parell d'aquest acoblament magnètic no pot ser massa gran, en cas contrari serà massa gran i difícil d'instal·lar.
2. Acoblament magnètic coaxial
L'acoblament magnètic coaxial és el dispositiu de transmissió síncrona més utilitzat actualment, i la seva aplicació típica és la bomba magnètica.
Estructura: l'acoblament magnètic coaxial consisteix en el rotor exterior, el rotor interior, la funda d'aïllament i el sistema de coixinets. Els imants s'instal·len a la circumferència exterior del rotor interior i a la circumferència interior del rotor exterior. Els imants són pols parells i disposats circumferencialment en mode creuat NS. Alineeu les superfícies de treball dels imants dels rotors interiors i exteriors, és a dir, acoblament automàtic. La màniga d'aïllament i el sistema de coixinets s'utilitzen principalment en l'estructura del segell de transmissió magnètica.
Espai d'aire i aïllament: hi ha un cert espai d'aire entre els rotors interior i exterior, que s'utilitza per aïllar els components actius i impulsats. L'espai d'aire és majoritàriament entre 2 mm-8mm. Com més petit sigui el buit d'aire, més gran serà la taxa d'utilització efectiva de l'imant, però més difícil serà l'aïllament; Com més gran sigui l'espai d'aire, més convenient serà l'aïllament, però menys eficaç serà la utilització del camp magnètic de l'imant. La posició del radi de l'entrefer és el radi de treball d'aquest acoblament magnètic. Quan es dissenya, el parell de la transmissió requerida es pot obtenir ajustant la mida del radi de l'entrefer.
Quan la càrrega supera el parell màxim, la transmissió comença a "lliscar", és a dir, els imants salten de l'estat d'acoblament actual al següent estat d'acoblament mitjançant un desplaçament circular. Durant aquest procés de lliscament, el camp magnètic de l'espai d'aire canvia ràpidament i els imants dels rotors interior i exterior es desmagneteixen entre si alhora, generant calor. En un curt període de temps, la temperatura pot augmentar ràpidament a més de 100 graus centígrads, fent que els imants es desmagnetitzin i la transmissió es descarti. Per tant, tot i que aquest tipus de transmissió pot exercir el paper de protecció contra sobrecàrregues, generalment no s'utilitza com a dispositiu de protecció contra sobrecàrregues.
3. Transmissió d'histèresi
La transmissió d'histèresi és un mètode de transmissió que aplica el principi d'histèresi. Les transmissions d'histèresi habituals són generalment estructures coaxials similars a les transmissions síncrones. La diferència és que els rotors interior i exterior utilitzen materials magnètics diferents. En termes generals, el rotor interior (eix actiu) utilitza materials amb alta coercivitat i alta remanència, com el ferro de neodimi bor. El rotor exterior (eix accionat) utilitza materials magnètics amb baixa coercivitat, com ara alumini níquel cobalt. Els imants de l'eix actiu es disposen transversalment segons els pols NS. Quan la càrrega no és superior al parell nominal, l'eix conduït gira de manera sincrònica amb l'eix actiu; quan la càrrega supera el valor nominal, els rotors interior i exterior llisquen i només el parell nominal es transmet a l'eix conduït. L'excés d'energia s'allibera en forma de calor durant el procés de càrrega de l'imant interior i desmagnetització de l'imant exterior.
Aquesta estructura de transmissió d'histèresi es troba habitualment a les màquines de tapatge magnètic, que poden garantir que els taps de les ampolles tinguin una força de tensió suficient sense danyar els taps de les ampolles.
4. Unitat de corrents de Foucault
La substitució del material d'imant permanent de la part impulsada de qualsevol dels acoblaments magnètics esmentats anteriorment per materials no ferromagnètics amb bona conductivitat, com ara coure i alumini, pot aconseguir una transmissió de corrents de Foucault, tot i que l'eficiència de transmissió pot no ser molt alta. L'estructura simple de transmissió de corrents de Foucault de disc es mostra a la figura:
Al disc actiu, s'instal·len imants d'alt rendiment en mode creuat NS. El disc conduït està fet de coure amb bona conductivitat. Les línies magnètiques de força travessen el disc de coure. El disc actiu gira i el corrent de Foucault impulsa el disc de coure impulsat per seguir la rotació.
La transmissió de corrents de Foucault pot ser síncrona o asíncrona. Per ser precisos, la transmissió síncrona de corrents de Foucault té generalment una petita quantitat (5%) d'asincronia. Per exemple, l'entrada és de 1000 rpm i la sortida és de 950 rpm. Aquesta asincronia es pot acceptar com a pèrdua de transmissió. L'aplicació típica de la transmissió de corrents de Foucault asíncrona és el sistema de control de tensió de la línia retràctil. Mitjançant un control especial, la funció de regulació de velocitat dins d'un determinat rang també es pot aconseguir mitjançant la transmissió de corrents de Foucault.
Imants permanents utilitzats en acoblaments magnètics
La invenció i el desenvolupament dels acoblaments magnètics estan estretament relacionats amb el progrés continu dels materials magnètics permanents. Els acoblaments magnètics es feien originàriament amb materials de ferrita, però a causa de les seves baixes propietats magnètiques, només poden transmetre parells més petits en el mateix volum que els acoblaments tradicionals, cosa que limita el desenvolupament d'acoblaments magnètics.
Les propietats magnètiques dels materials magnètics permanents de segona generació, samari cobalt i alumini níquel-cobalt imants (AlNiCo) són molt superiors a les dels materials de ferrita, de manera que els acoblaments magnètics fabricats poden transmetre parells més grans. Tanmateix, els alts preus del samari cobalt i el níquel cobalt d'alumini restringeixen seriosament el desenvolupament d'acoblaments de transmissió magnètica.
El producte d'energia magnètica màxima (BH) del material magnètic permanent de ferro de neodimi (NdFeB) és de 428 kJ/m3, el que la converteix en la tercera generació de material magnètic permanent després del cobalt de samari. NdFeB no només té millors propietats magnètiques, sinó que també té una competitivitat de mercat més forta. NdFeB té un producte d'energia magnètica alta, requereix menys, té un bon rendiment de processament, es pot tallar i perforar i té una alta taxa de rendiment. Per tant, pot reduir el volum dels acoblaments magnètics, reduir costos i millorar l'eficiència. S'ha utilitzat àmpliament en acoblaments de transmissió magnètica.