Magnetische koppeling is een van de belangrijke stroomafwaartse toepassingen van permanent magnetische materialen. Vandaag zullen we systematisch het principe, de classificatie en de toepassing van magnetische koppeling introduceren, en ook praten over de permanente magneet bij magnetische koppeling.
Wat is magnetische koppeling?
Koppeling is een belangrijk onderdeel van mechanische transmissie, waarbij koppel wordt overgebracht door de aandrijfas en de aangedreven as met elkaar te verbinden. De volgende afbeelding toont verschillende veel voorkomende koppelingsvormen, waardoor u beter begrijpt wat koppeling is.
|
|
|
Traditionele koppelingen zijn van het contacttype en hebben relatief complexe structuren. Ze zullen tijdens het dagelijkse gebruik verslijten. Als er overbelasting optreedt, zullen andere mechanische onderdelen ernstig verslijten, wat zeer ongunstig is voor de stabiliteit van mechanische bedieningsapparatuur. Als de aandrijfas en de aangedreven as van de koppeling in twee van elkaar geïsoleerde media moeten werken, moeten voor de dynamische afdichting afdichtingselementen worden gebruikt. Op deze manier bestaat het probleem dat de rotatieweerstand wordt vergroot om een betrouwbare afdichting te garanderen, of dat er lekkage ontstaat als gevolg van een slechte afdichting. Bovendien zullen lekkages toenemen naarmate de afdichtingselementen slijten en verouderen, vooral bij systemen met schadelijke gassen (schadelijke vloeistoffen). Eenmaal gelekt, zal het het milieu vervuilen en levens in gevaar brengen.
Magnetische koppelingen zijn contactloze koppelingen, doorgaans samengesteld uit twee magneten, met een isolatiedeksel in het midden om de twee magneten van elkaar te scheiden. De binnenmagneet is verbonden met het transmissiegedeelte en de buitenmagneet is effectief verbonden met het vermogensgedeelte, waarbij vermogen wordt overgedragen door de interactie van NS-poolkoppeling met magnetisch veld. Magnetische koppelingen hebben de functie van buffering en trillingsabsorptie van elastische koppelingen. Bovendien doorbreekt het de structurele vorm van traditionele koppelingen en gebruikt het een nieuw magnetisch koppelingsprincipe om kracht- en koppeloverdracht tussen de aandrijfas en de aangedreven as te bereiken zonder direct contact, en kan het dynamische afdichtingen omzetten in statische afdichtingen om nul lekkage te bereiken. Daarom wordt het veel gebruikt bij gelegenheden waarbij speciale vereisten voor lekkage gelden.
Classificatie van magnetische koppelingen
Gemeenschappelijke magnetische transmissies omvatten synchrone transmissie, hysteresistransmissie en wervelstroomtransmissie. Vanwege hun respectieve kenmerken worden ze op verschillende gebieden gebruikt. Synchrone transmissie verwijst naar de synchronisatie van output en input. Er zijn twee veel voorkomende synchrone koppelingsstructuren: vlakke magnetische koppeling en coaxiale magnetische koppeling.
1. Planaire magnetische koppeling
Structuur: Magneten worden op twee schijven met dezelfde diameter geïnstalleerd, zodat ze NS-polen kruisen. Tijdens gebruik worden de twee schijven respectievelijk op de aandrijfas en de aangedreven as geïnstalleerd, waarbij er een bepaalde luchtspleet tussen zit.
Principe: Omdat de N-pool van magneet A de S-pool van magneet B aan de tegenoverliggende zijde aantrekt en de N-polen aan weerszijden van magneet B afstoot, wordt ervoor gezorgd dat binnen een bepaald koppelbereik de aangedreven as en de aandrijfas hun kracht behouden. synchroon draaiend.
Koppel: Deze vlakke transmissie heeft een eenvoudige structuur en vereist geen hoge coaxialiteit van de twee assen tijdens de installatie. Omdat het gebruik maakt van het principe van vlakke aantrekking, geldt: hoe kleiner de luchtspleet, hoe groter het koppel. Omdat het overgedragen koppel evenredig is aan het schijfoppervlak, kan het koppel van deze magnetische koppeling bovendien niet te groot zijn, anders zal deze te groot en moeilijk te installeren zijn.
2. Coaxiale magnetische koppeling
Coaxiale magnetische koppeling is momenteel het meest gebruikte synchrone transmissieapparaat en de typische toepassing ervan is de magnetische pomp.
Structuur: Coaxiale magnetische koppeling bestaat uit de buitenrotor, binnenrotor, isolatiehuls en lagersysteem. Magneten zijn geïnstalleerd op de buitenomtrek van de binnenrotor en de binnenomtrek van de buitenrotor. De magneten zijn gelijkmatig polen en in de omtrek in NS-kruismodus gerangschikt. Lijn de werkoppervlakken van de magneten van de binnen- en buitenrotoren uit, dat wil zeggen automatische koppeling. De isolatiehuls en het lagersysteem worden voornamelijk gebruikt in de structuur van de magnetische transmissieafdichting.
Luchtspleet en isolatie: Er is een bepaalde luchtspleet tussen binnen- en buitenrotoren, die wordt gebruikt om actieve en aangedreven componenten te isoleren. De luchtspleet ligt meestal tussen 2 mm-8 mm. Hoe kleiner de luchtspleet, hoe hoger de effectieve bezettingsgraad van de magneet, maar hoe moeilijker de isolatie; hoe groter de luchtspleet, hoe gemakkelijker de isolatie, maar hoe minder effectief het gebruik van het magnetische veld van de magneet. De straalpositie van de luchtspleet is de werkstraal van deze magneetkoppeling. Bij het ontwerpen kan het koppel van de vereiste transmissie worden verkregen door de grootte van de luchtspleetradius aan te passen.
Wanneer de belasting het maximale koppel overschrijdt, begint de transmissie te "slippen", dat wil zeggen dat de magneten door cirkelvormige verplaatsing van de huidige koppelingstoestand naar de volgende koppelingstoestand springen. Tijdens dit slipproces verandert het magnetische veld in de luchtspleet snel en worden de magneten van de binnen- en buitenrotor tegelijkertijd door elkaar gedemagnetiseerd, waardoor warmte ontstaat. In korte tijd kan de temperatuur snel oplopen tot meer dan 100 graden Celsius, waardoor de magneten demagnetiseren en de transmissie wordt gesloopt. Hoewel dit type transmissie de rol van overbelastingsbeveiliging kan spelen, wordt het daarom over het algemeen niet gebruikt als overbelastingsbeveiligingsapparaat.
3. Hysteresistransmissie
Hysteresistransmissie is een transmissiemethode die het hysteresisprincipe toepast. Gemeenschappelijke hysteresistransmissies zijn over het algemeen coaxiale structuren die vergelijkbaar zijn met synchrone transmissies. Het verschil is dat de binnen- en buitenrotoren verschillende magnetische materialen gebruiken. Over het algemeen gebruikt de binnenrotor (actieve as) materialen met een hoge coërciviteit en hoge remanentie, zoals neodymium-ijzerborium. De buitenrotor (aangedreven as) maakt gebruik van magnetische materialen met een lage coërciviteit, zoals aluminiumnikkelkobalt. De magneten op de actieve as zijn kruislings gerangschikt volgens de NS-polen. Wanneer de belasting niet groter is dan het nominale koppel, draait de aangedreven as synchroon met de actieve as; wanneer de belasting de nominale waarde overschrijdt, slippen de binnen- en buitenrotoren en wordt alleen het nominale koppel overgebracht naar de aangedreven as. De overtollige energie komt vrij in de vorm van warmte tijdens het proces waarbij de binnenmagneet wordt opgeladen en de buitenmagneet wordt gedemagnetiseerd.
Deze hysterese-transmissiestructuur wordt vaak aangetroffen in magnetische dopmachines, die ervoor kunnen zorgen dat de flessendoppen voldoende aanspankracht hebben zonder de flessendoppen te beschadigen.
4. Wervelstroomaandrijving
Het vervangen van het permanente magneetmateriaal van het aangedreven deel van een van de bovengenoemde magnetische koppelingen door niet-ferromagnetische materialen met goede geleidbaarheid, zoals koper en aluminium, kan wervelstroomtransmissie bewerkstelligen, hoewel de transmissie-efficiëntie mogelijk niet erg hoog is. De eenvoudige schijfwervelstroomtransmissiestructuur wordt weergegeven in de figuur:
Op de actieve schijf zijn krachtige magneten in de NS-kruismodus geïnstalleerd. De aangedreven schijf is gemaakt van koper met een goede geleiding. De magnetische krachtlijnen lopen door de koperen schijf. De actieve schijf roteert en de wervelstroom drijft de aangedreven koperen schijf aan om de rotatie te volgen.
Wervelstroomoverdracht kan synchroon of asynchroon zijn. Om precies te zijn, heeft synchrone wervelstroomtransmissie doorgaans een kleine mate (5%) asynchronie. De invoer is bijvoorbeeld 1000 tpm en de uitvoer is 950 tpm. Deze asynchronie kan worden aanvaard als transmissieverlies. De typische toepassing van asynchrone wervelstroomoverdracht is het spanningscontrolesysteem van de intrekbare lijn. Door speciale besturing kan de snelheidsregelfunctie binnen een bepaald bereik ook worden bereikt via wervelstroomoverdracht.
Permanente magneten gebruikt in magnetische koppelingen
De uitvinding en ontwikkeling van magnetische koppelingen hangen nauw samen met de voortdurende vooruitgang van permanent magnetische materialen. Magnetische koppelingen werden oorspronkelijk gemaakt van ferrietmaterialen, maar door hun lage magnetische eigenschappen kunnen ze in hetzelfde volume slechts kleinere koppels overbrengen als traditionele koppelingen, wat de ontwikkeling van magnetische koppelingen beperkt.
De magnetische eigenschappen van de tweede generatie permanente magnetische materialen samariumkobalt en aluminiumnikkelkobaltmagneten (AlNiCo) zijn veel hoger dan die van ferrietmaterialen, zodat de vervaardigde magnetische koppelingen grotere koppels kunnen overbrengen. De hoge prijzen van samariumkobalt en aluminiumnikkelkobalt beperken echter ernstig de ontwikkeling van magnetische transmissiekoppelingen.
Het maximale magnetische energieproduct (BH) van permanent magnetisch materiaal van neodymium-ijzerborium (NdFeB) bedraagt 428 kJ/m3, waarmee het na samariumkobalt de derde generatie permanent magnetisch materiaal is. NdFeB heeft niet alleen betere magnetische eigenschappen, maar heeft ook een sterker concurrentievermogen op de markt. NdFeB heeft een hoog magnetisch energieproduct, vereist minder, heeft goede verwerkingsprestaties, kan worden gesneden en geboord en heeft een hoog rendement. Daarom kan het het aantal magnetische koppelingen verminderen, de kosten verlagen en de efficiëntie verbeteren. Het wordt veel gebruikt in magnetische transmissiekoppelingen.