Manyetik bağlantı, kalıcı manyetik malzemelerin önemli alt uygulamalarından biridir. Bugün manyetik kuplajın prensibini, sınıflandırılmasını ve uygulamasını sistematik olarak tanıtacağız ve ayrıca manyetik kuplajda kalıcı mıknatıstan bahsedeceğiz.
Manyetik bağlantı nedir?
Kaplin, tahrik milini ve tahrik edilen mili birbirine bağlayarak torku ileten mekanik transmisyonda önemli bir bileşendir. Aşağıdaki şekil, bağlamanın ne olduğunu daha iyi anlamanıza yardımcı olabilecek birkaç yaygın bağlama biçimini göstermektedir.
|
|
|
Geleneksel kaplinler kontak tipindedir ve nispeten karmaşık yapılara sahiptir. Günlük işlemler sırasında aşınırlar. Aşırı yük meydana gelirse, diğer mekanik parçalar ciddi şekilde aşınır ve bu da mekanik çalışma ekipmanının stabilitesi açısından son derece olumsuz bir durumdur. Kaplin tahrik mili ile tahrik milinin birbirinden izole edilmiş iki farklı ortamda çalışması gerekiyorsa dinamik sızdırmazlık için sızdırmazlık elemanları kullanılmalıdır. Bu şekilde ya güvenilir bir sızdırmazlık sağlamak için dönme direncinin arttırılması ya da zayıf sızdırmazlık nedeniyle sızıntı sorunu ortaya çıkar. Ayrıca sızdırmazlık elemanları aşınıp eskidikçe, özellikle zararlı gazların (zararlı sıvılar) bulunduğu sistemlerde sızıntı artacaktır. Bir kez sızdırıldığında çevreyi kirletecek ve yaşamı tehlikeye atacaktır.
Manyetik kaplinler, genellikle iki mıknatıstan oluşan, ortasında iki mıknatısı ayırmak için bir izolasyon kapağı bulunan temassız kaplinlerdir. İç mıknatıs iletim parçasına bağlanır ve dış mıknatıs güç parçasına etkili bir şekilde bağlanır ve manyetik alan NS kutup kuplajının etkileşimi yoluyla güç iletir. Manyetik kaplinler, elastik kaplinlerin tamponlama ve titreşim emilimi işlevine sahiptir. Buna ek olarak, geleneksel kaplinlerin yapısal formunu kırar ve tahrik mili ile tahrik edilen şaft arasında doğrudan temas olmadan kuvvet ve tork aktarımını sağlamak için yeni bir manyetik kaplin prensibini benimser ve sıfır sızıntı elde etmek için dinamik contaları statik contalara dönüştürebilir. Bu nedenle, sızıntıya yönelik özel gereksinimlerin olduğu durumlarda yaygın olarak kullanılır.
Manyetik kaplinlerin sınıflandırılması
Yaygın manyetik iletimler arasında senkron iletim, histerezis iletimi ve girdap akımı iletimi bulunur. Özellikleri nedeniyle farklı alanlarda kullanılmaktadırlar. Senkron iletim, çıkış ve girişin senkronizasyonunu ifade eder. İki ortak senkron bağlantı yapısı vardır: düzlemsel manyetik bağlantı ve koaksiyel manyetik bağlantı.
1. Düzlemsel manyetik bağlantı
Yapısı: Mıknatıslar aynı çaptaki iki disk üzerine NS kutuplarını geçecek şekilde monte edilir. Kullanım sırasında, iki disk sırasıyla tahrik miline ve tahrik edilen mile monte edilir ve aralarında belirli bir hava boşluğu bırakılır.
Prensip: A mıknatısının N kutbu karşı taraftaki B mıknatısının S kutbunu çektiğinden ve B mıknatısının her iki tarafındaki N kutuplarını ittiğinden, tahrik edilen mil ile tahrik milinin belirli bir tork aralığı dahilinde kalması sağlanır. eşzamanlı olarak dönüyor.
Tork: Bu düzlemsel şanzıman basit bir yapıya sahiptir ve kurulum sırasında iki şaftın yüksek eş eksenli olmasını gerektirmez. Düzlemsel çekim ilkesini kullandığından hava boşluğu ne kadar küçük olursa tork da o kadar büyük olur. Ayrıca iletilen tork disk alanıyla orantılı olduğundan bu manyetik kaplinin torku çok büyük olamaz, aksi takdirde çok büyük ve montajı zor olacaktır.
2. Koaksiyel manyetik bağlantı
Koaksiyel manyetik kaplin şu anda en yaygın kullanılan senkron iletim cihazıdır ve tipik uygulaması manyetik pompadır.
Yapı: Koaksiyel manyetik kaplin, dış rotor, iç rotor, izolasyon manşonu ve yatak sisteminden oluşur. Mıknatıslar, iç rotorun dış çevresine ve dış rotorun iç çevresine monte edilir. Mıknatıslar eşit kutuplardır ve NS çapraz modunda çevresel olarak düzenlenmiştir. İç ve dış rotor mıknatıslarının çalışma yüzeylerini, yani otomatik bağlantıyı hizalayın. İzolasyon manşonu ve yatak sistemi esas olarak manyetik iletim contasının yapısında kullanılır.
Hava boşluğu ve izolasyon: İç ve dış rotorlar arasında, aktif ve tahrik edilen bileşenleri izole etmek için kullanılan belirli bir hava boşluğu vardır. Hava boşluğu çoğunlukla 2 mm-8 mm arasındadır. Hava boşluğu ne kadar küçük olursa, mıknatısın etkin kullanım oranı da o kadar yüksek olur, ancak izolasyon da o kadar zor olur; hava boşluğu ne kadar büyük olursa izolasyon o kadar uygun olur, ancak mıknatısın manyetik alanının kullanımı o kadar az etkili olur. Hava boşluğunun yarıçap konumu, bu manyetik kaplinin çalışma yarıçapıdır. Tasarım yaparken, gerekli iletimin torku, hava aralığı yarıçapının boyutunun ayarlanmasıyla elde edilebilir.
Yük maksimum torku aştığında şanzıman "kaymaya" başlar, yani mıknatıslar dairesel yer değiştirmeyle mevcut bağlantı durumundan bir sonraki bağlantı durumuna atlar. Bu kayma işlemi sırasında hava boşluğundaki manyetik alan hızla değişir ve iç ve dış rotor mıknatısları aynı anda birbirleri tarafından demanyetize edilerek ısı üretilir. Kısa bir süre içinde sıcaklık hızla 100 santigrat derecenin üzerine çıkabilir, bu da mıknatısların mıknatıslığının kaybolmasına ve şanzımanın hurdaya çıkmasına neden olur. Bu nedenle, bu tip iletim aşırı yük koruması rolünü oynayabilse de genellikle aşırı yük koruma cihazı olarak kullanılmaz.
3. Histerezis İletimi
Histerezis iletimi, histerezis prensibini uygulayan bir iletim yöntemidir. Yaygın histerezis iletimleri genellikle senkron iletimlere benzer koaksiyel yapılardır. Aradaki fark, iç ve dış rotorların farklı manyetik malzemeler kullanmasıdır. Genel olarak konuşursak, iç rotor (aktif şaft), neodim demir bor gibi yüksek zorlayıcılığa ve yüksek kalıcılığa sahip malzemeler kullanır. Dış rotor (tahrik edilen şaft), alüminyum nikel kobalt gibi düşük zorlayıcılığa sahip manyetik malzemeler kullanır. Aktif şaft üzerindeki mıknatıslar NS kutuplarına göre çapraz olarak düzenlenmiştir. Yük, nominal torktan büyük olmadığında, tahrik edilen mil, aktif mil ile eşzamanlı olarak döner; yük nominal değeri aştığında iç ve dış rotorlar kayar ve tahrik edilen mile yalnızca nominal tork iletilir. Fazla enerji, iç mıknatısın dış mıknatısı şarj etmesi ve manyetikliğini gidermesi işlemi sırasında ısı şeklinde açığa çıkar.
Bu histerezis iletim yapısı, manyetik kapak kapatma makinelerinde yaygın olarak bulunur ve bu, şişe kapaklarına zarar vermeden şişe kapaklarının yeterli sıkma kuvvetine sahip olmasını sağlayabilir.
4. Girdap Akımı Sürücüsü
Yukarıda bahsedilen manyetik kaplinlerden herhangi birinin tahrik edilen kısmının kalıcı mıknatıs malzemesinin, bakır ve alüminyum gibi iyi iletkenliğe sahip ferromanyetik olmayan malzemelerle değiştirilmesi, iletim verimliliği çok yüksek olmasa da girdap akımı iletimini sağlayabilir. Basit disk girdap akımı iletim yapısı şekilde gösterilmektedir:
Aktif diskte, NS çapraz modunda yüksek performanslı mıknatıslar yerleştirilmiştir. Tahrik edilen disk iyi iletkenliğe sahip bakırdan yapılmıştır. Manyetik kuvvet çizgileri bakır diskten geçer. Aktif disk döner ve girdap akımı, tahrik edilen bakır diskin dönüşü takip etmesini sağlar.
Girdap akımı iletimi senkron veya asenkron olabilir. Daha kesin olmak gerekirse, senkron girdap akımı iletimi genellikle küçük miktarda (%5) asenkronluğa sahiptir. Örneğin giriş 1000rpm ve çıkış 950rpm'dir. Bu asenkronluk iletim kaybı olarak kabul edilebilir. Asenkron girdap akımı iletiminin tipik uygulaması, geri çekilebilir hattın gerilim kontrol sistemidir. Özel kontrol sayesinde belirli bir aralıktaki hız düzenleme işlevi, girdap akımı iletimi yoluyla da sağlanabilir.
Manyetik kaplinlerde kullanılan kalıcı mıknatıslar
Manyetik bağlantıların icadı ve gelişimi, kalıcı manyetik malzemelerin sürekli gelişimi ile yakından ilgilidir. Manyetik kaplinler başlangıçta ferrit malzemelerden yapılmıştı, ancak düşük manyetik özellikleri nedeniyle geleneksel kaplinlerle aynı hacimde yalnızca daha küçük torkları iletebiliyorlar, bu da manyetik kaplinlerin gelişimini sınırlıyor.
İkinci nesil kalıcı manyetik malzemeler olan samaryum kobalt ve alüminyum nikel kobalt mıknatısların (AlNiCo) manyetik özellikleri, ferrit malzemelerden çok daha yüksektir, dolayısıyla üretilen manyetik kaplinler daha büyük torkları iletebilir. Bununla birlikte, samaryum kobalt ve alüminyum nikel kobaltın yüksek fiyatları, manyetik iletim bağlantılarının gelişimini ciddi şekilde kısıtlamaktadır.
Neodim demir borun (NdFeB) kalıcı manyetik malzemesinin maksimum manyetik enerji ürünü (BH) 428kJ/m3'tür, bu da onu samaryum kobalttan sonra üçüncü nesil kalıcı manyetik malzeme yapar. NdFeB yalnızca daha iyi manyetik özelliklere sahip olmakla kalmıyor, aynı zamanda daha güçlü bir pazar rekabet gücüne de sahip. NdFeB yüksek manyetik enerjiye sahip bir üründür, daha az gerektirir, iyi işleme performansına sahiptir, kesilebilir ve delinebilir ve yüksek verim oranına sahiptir. Bu nedenle manyetik kaplinlerin hacmini azaltabilir, maliyetleri azaltabilir ve verimliliği artırabilir. Manyetik iletim kaplinlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.