Magnetna sprega je jedna od važnih nizvodnih primjena trajnih magnetnih materijala. Danas ćemo sistematski upoznati princip, klasifikaciju i primenu magnetne sprege, a takođe ćemo govoriti o permanentnom magnetu u magnetnoj sprezi.
Šta je magnetna sprega?
Spojnica je važna komponenta u mehaničkom prijenosu, koja prenosi obrtni moment spajanjem pogonskog i pogonskog vratila. Sljedeća slika prikazuje nekoliko uobičajenih oblika spajanja, koji vam mogu pomoći da bolje shvatite što je sprega.
|
|
|
Tradicionalne spojnice su kontaktnog tipa i imaju relativno složenu strukturu. Oni će se istrošiti tokom svakodnevnih operacija. Ako dođe do preopterećenja, ostali mehanički dijelovi će biti ozbiljno istrošeni, što je vrlo nepovoljno za stabilnost mehaničke opreme za rad. Ako pogonsko vratilo i pogonsko vratilo spojnice moraju raditi u dva različita medija izolirana jedan od drugog, za dinamičko zaptivanje moraju se koristiti zaptivni elementi. Na taj način postoji problem ili povećanja otpora rotacije kako bi se osiguralo pouzdano zaptivanje ili curenja zbog lošeg zaptivanja. Osim toga, kako se zaptivni elementi troše i stare, curenje će biti pojačano, posebno u sistemima sa štetnim plinovima (štetnim tekućinama). Jednom kada procuri, zagadit će okoliš i ugroziti život.
Magnetne spojnice su beskontaktne spojnice, uglavnom sastavljene od dva magneta, sa izolacionim poklopcem u sredini za razdvajanje dva magneta. Unutrašnji magnet je povezan sa transmisionim delom, a spoljni magnet je efikasno povezan sa napojnim delom, prenoseći snagu kroz interakciju magnetnog polja NS polova spojnice. Magnetne spojnice imaju funkciju puferiranja i apsorpcije vibracija elastičnih spojnica. Osim toga, razbija strukturni oblik tradicionalnih spojnica i usvaja novi princip magnetne spojnice za postizanje prijenosa sile i momenta između pogonskog vratila i pogonskog vratila bez direktnog kontakta, i može transformirati dinamičke zaptivke u statičke zaptivke kako bi se postiglo nulto curenje. Zbog toga se široko koristi u prilikama sa posebnim zahtjevima za curenje.
Klasifikacija magnetnih spojnica
Uobičajeni magnetni prijenosi uključuju sinhroni prijenos, histerezni prijenos i prijenos vrtložna struja. Zbog svojih karakteristika, koriste se u različitim oblastima. Sinhroni prijenos se odnosi na sinhronizaciju izlaza i ulaza. Postoje dvije uobičajene sinhrone spojne strukture: planarna magnetna sprega i koaksijalna magnetna sprega.
1. Planarna magnetna spojnica
Struktura: Magneti se postavljaju na dva diska istog prečnika na način ukrštanja NS polova. Kada su u upotrebi, dva diska se ugrađuju na pogonsko i pogonsko vratilo, ostavljajući između njih određeni zračni razmak.
Princip: Budući da N pol magneta A privlači S pol magneta B na suprotnoj strani i odbija N polove na obje strane magneta B, osigurano je da unutar određenog raspona momenta, pogonsko vratilo i pogonsko vratilo zadrže rotirajući sinhrono.
Moment: Ovaj ravni prijenos ima jednostavnu strukturu i ne zahtijeva visoku koaksijalnost dvije osovine tokom instalacije. Budući da koristi princip privlačenja u ravnini, što je manji zračni zazor, to je veći obrtni moment. Osim toga, budući da je moment koji se prenosi proporcionalan površini diska, obrtni moment ove magnetne spojnice ne može biti prevelik, inače će biti prevelik i težak za instalaciju.
2. Koaksijalna magnetna spojnica
Koaksijalna magnetna spojnica je trenutno najrasprostranjeniji uređaj za sinhroni prijenos, a njegova tipična primjena je magnetna pumpa.
Struktura: Koaksijalna magnetna spojnica sastoji se od vanjskog rotora, unutrašnjeg rotora, izolacijske čahure i sistema ležaja. Magneti se postavljaju na vanjski obim unutrašnjeg rotora i unutrašnji obim vanjskog rotora. Magneti su jednaki polovi i raspoređeni po obodu u NS cross modu. Poravnajte radne površine magneta unutrašnjeg i vanjskog rotora, odnosno automatsko spajanje. Izolaciona čaura i sistem ležajeva se uglavnom koriste u strukturi zaptivke magnetnog prenosa.
Zračni raspor i izolacija: Postoji određeni zračni jaz između unutrašnjeg i vanjskog rotora, koji se koristi za izolaciju aktivnih i pogonskih komponenti. Zračni razmak je uglavnom između 2mm-8mm. Što je manji zračni zazor, to je veća efektivna stopa iskorištenja magneta, ali je izolacija teža; što je veći vazdušni zazor, izolacija je pogodnija, ali manje efektivno korišćenje magnetnog polja magneta. Položaj poluprečnika zračnog raspora je radni radijus ove magnetne spojnice. Prilikom projektovanja, obrtni moment potrebnog prenosa može se dobiti podešavanjem veličine radijusa zračnog raspora.
Kada opterećenje premaši maksimalni moment, mjenjač počinje da "klizi", odnosno magneti skaču iz trenutnog stanja sprege u sljedeće stanje spajanja kružnim pomakom. Tokom ovog procesa klizanja, magnetsko polje u zračnom zazoru se brzo mijenja, a magneti unutrašnjeg i vanjskog rotora se istovremeno demagnetiziraju, stvarajući toplinu. U kratkom periodu temperatura može brzo porasti na više od 100 stepeni Celzijusa, uzrokujući demagnetizaciju magneta i raspadanje prijenosa. Stoga, iako ovaj tip prijenosa može igrati ulogu zaštite od preopterećenja, općenito se ne koristi kao uređaj za zaštitu od preopterećenja.
3. Prenos histereze
Prenos histereze je metoda prijenosa koja primjenjuje princip histereze. Uobičajeni histerezni prijenosi su općenito koaksijalne strukture slične sinkronim prijenosima. Razlika je u tome što unutarnji i vanjski rotori koriste različite magnetne materijale. Uopšteno govoreći, unutrašnji rotor (aktivna osovina) koristi materijale visoke koercitivnosti i visoke remanencije, kao što je neodimijum željezo bor. Spoljni rotor (pogonjena osovina) koristi magnetne materijale sa niskom koercitivnošću, kao što je aluminijum nikl kobalt. Magneti na aktivnoj osovini su raspoređeni poprečno prema NS polovima. Kada opterećenje nije veće od nazivnog momenta, pogonjeno vratilo rotira se sinhrono sa aktivnom osovinom; kada opterećenje prijeđe nazivnu vrijednost, unutrašnji i vanjski rotor proklizavaju, a samo nazivni moment se prenosi na pogonjeno vratilo. Višak energije se oslobađa u obliku topline tokom procesa punjenja unutrašnjeg magneta i demagnetizacije vanjskog magneta.
Ova struktura prenosa histereze se obično nalazi u mašinama za magnetno zatvaranje, koje mogu osigurati da čepovi boca imaju dovoljnu silu zatezanja bez oštećenja čepova boca.
4. Pogon vrtložne struje
Zamjenom trajnog magnetskog materijala pogonskog dijela bilo koje od gore navedenih magnetnih spojnica neferomagnetnim materijalima dobre provodljivosti, kao što su bakar i aluminij, može se postići prijenos vrtložna struja, iako efikasnost prijenosa možda neće biti vrlo visoka. Jednostavna struktura prijenosa vrtložne struje diska prikazana je na slici:
Na aktivnom disku ugrađeni su magneti visokih performansi u NS cross modu. Pogonski disk je napravljen od bakra dobre provodljivosti. Magnetne linije sile prolaze kroz bakarni disk. Aktivni disk se rotira, a vrtložna struja pokreće pogonjeni bakarni disk da prati rotaciju.
Prijenos vrtložna struja može biti sinhroni ili asinhroni. Da budemo precizni, sinhroni prijenos vrtložna struja općenito ima malu količinu (5%) asinhronije. Na primjer, ulaz je 1000 o/min, a izlaz je 950 o/min. Ova asinhronija se može prihvatiti kao gubitak prijenosa. Tipična primjena asinhronog prijenosa vrtložnim strujama je sistem kontrole napetosti uvlačivog voda. Kroz specijalnu kontrolu, funkcija regulacije brzine unutar određenog raspona može se postići i prijenosom vrtložne struje.
Trajni magneti koji se koriste u magnetnim spojnicama
Izum i razvoj magnetnih spojnica usko su povezani sa kontinuiranim napretkom trajnih magnetnih materijala. Magnetne spojnice su prvobitno bile napravljene od feritnih materijala, ali zbog svojih niskih magnetnih svojstava mogu prenijeti samo manje momente u istoj zapremini kao i tradicionalne spojnice, što ograničava razvoj magnetnih spojnica.
Magnetska svojstva druge generacije trajnih magnetnih materijala samarijum kobalt i aluminijum nikl kobalt magneti (AlNiCo) su mnogo veća od feritnih materijala, tako da proizvedene magnetne spojnice mogu prenositi veće momente. Međutim, visoke cijene samarij-kobalta i aluminij-nikl-kobalta ozbiljno ograničavaju razvoj magnetnih prijenosnih spojnica.
Maksimalni proizvod magnetne energije (BH) trajnog magnetskog materijala neodimijum gvožđe bora (NdFeB) je 428kJ/m3, što ga čini trećom generacijom permanentnog magnetnog materijala posle samarijuma kobalta. NdFeB ne samo da ima bolja magnetna svojstva već ima i jaču tržišnu konkurentnost. NdFeB ima proizvod visoke magnetne energije, zahtijeva manje, ima dobre performanse obrade, može se rezati i bušiti i ima visoku stopu prinosa. Stoga može smanjiti volumen magnetnih spojnica, smanjiti troškove i poboljšati efikasnost. Široko se koristi u magnetnim spojnicama za prijenos.