El acoplamiento magnético es una de las aplicaciones posteriores importantes de los materiales magnéticos permanentes. Hoy, presentaremos sistemáticamente el principio, la clasificación y la aplicación del acoplamiento magnético, y también hablaremos sobre el imán permanente en el acoplamiento magnético.
¿Qué es el acoplamiento magnético?
El acoplamiento es un componente importante en la transmisión mecánica, que transmite par conectando el eje impulsor y el eje impulsado. La siguiente figura muestra varias formas de acoplamiento comunes, que pueden ayudarle a comprender mejor qué es el acoplamiento.
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Los acoplamientos tradicionales son de tipo contacto y tienen estructuras relativamente complejas. Se desgastarán durante las operaciones diarias. Si se produce una sobrecarga, otras piezas mecánicas se desgastarán gravemente, lo que es muy desfavorable para la estabilidad del equipo de operación mecánica. Si el eje motriz y el eje conducido del acoplamiento deben trabajar en dos medios diferentes aislados entre sí, se deben utilizar elementos de sellado para el sellado dinámico. De esta manera, existe el problema de aumentar la resistencia rotacional para asegurar un sellado fiable o de fugas debido a un sellado deficiente. Además, a medida que los elementos de sellado se desgastan y envejecen, las fugas se agravarán, especialmente en sistemas con gases nocivos (líquidos nocivos). Una vez filtrado, contaminará el medio ambiente y pondrá en peligro la vida.
Los acoplamientos magnéticos son acoplamientos sin contacto, generalmente compuestos por dos imanes, con una cubierta aislante en el medio para separar los dos imanes. El imán interior está conectado a la parte de transmisión y el imán exterior está conectado efectivamente a la parte de potencia, transmitiendo energía a través de la interacción del campo magnético NS acoplamiento de polos. Los acoplamientos magnéticos tienen la función de amortiguar y absorber las vibraciones de los acoplamientos elásticos. Además, rompe la forma estructural de los acoplamientos tradicionales y adopta un nuevo principio de acoplamiento magnético para lograr la transmisión de fuerza y torsión entre el eje impulsor y el eje impulsado sin contacto directo, y puede transformar los sellos dinámicos en sellos estáticos para lograr cero fugas. Por lo tanto, se usa ampliamente en ocasiones con requisitos especiales de fugas.
Clasificación de acoplamientos magnéticos.
Las transmisiones magnéticas comunes incluyen la transmisión síncrona, la transmisión por histéresis y la transmisión por corrientes parásitas. Por sus respectivas características, se utilizan en diferentes campos. La transmisión síncrona se refiere a la sincronización de salida y entrada. Hay dos estructuras de acoplamiento síncrono comunes: acoplamiento magnético plano y acoplamiento magnético coaxial.
1. Acoplamiento magnético plano
Estructura: Los imanes se instalan en dos discos del mismo diámetro en forma de polos NS cruzados. Cuando están en uso, los dos discos se instalan en el eje impulsor y en el eje conducido respectivamente, dejando un cierto espacio de aire entre ellos.
Principio: Dado que el polo N del imán A atrae el polo S del imán B en el lado opuesto y repele los polos N en ambos lados del imán B, se garantiza que dentro de un cierto rango de par, el eje impulsado y el eje impulsor se mantengan girando sincrónicamente.
Par: esta transmisión plana tiene una estructura simple y no requiere una alta coaxialidad de los dos ejes durante la instalación. Dado que utiliza el principio de atracción plana, cuanto menor sea el entrehierro, mayor será el par. Además, dado que el par transmitido es proporcional al área del disco, el par de este acoplamiento magnético no puede ser demasiado grande, de lo contrario será demasiado grande y difícil de instalar.
2. Acoplamiento magnético coaxial
El acoplamiento magnético coaxial es el dispositivo de transmisión síncrona más utilizado en la actualidad y su aplicación típica es la bomba magnética.
Estructura: El acoplamiento magnético coaxial consta del rotor exterior, el rotor interior, el manguito de aislamiento y el sistema de rodamientos. Los imanes están instalados en la circunferencia exterior del rotor interior y en la circunferencia interior del rotor exterior. Los imanes son polos pares y están dispuestos circunferencialmente en modo cruzado NS. Alinee las superficies de trabajo de los imanes de los rotores interior y exterior, es decir, acoplamiento automático. El manguito de aislamiento y el sistema de cojinete se utilizan principalmente en la estructura del sello de transmisión magnética.
Entrehierro y aislamiento: existe un cierto entrehierro entre los rotores interior y exterior, que se utiliza para aislar los componentes activos y accionados. El espacio de aire es mayoritariamente de entre 2 mm-8 mm. Cuanto menor sea el espacio de aire, mayor será la tasa de utilización efectiva del imán, pero más difícil será el aislamiento; cuanto mayor sea el entrehierro, más cómodo será el aislamiento, pero menos eficaz será la utilización del campo magnético del imán. La posición del radio del entrehierro es el radio de trabajo de este acoplamiento magnético. Al diseñar, el par de la transmisión requerida se puede obtener ajustando el tamaño del radio del entrehierro.
Cuando la carga excede el par máximo, la transmisión comienza a "deslizarse", es decir, los imanes saltan del estado de acoplamiento actual al siguiente estado de acoplamiento mediante un desplazamiento circular. Durante este proceso de deslizamiento, el campo magnético en el entrehierro cambia rápidamente y los imanes de los rotores interior y exterior se desmagnetizan entre sí al mismo tiempo, generando calor. En poco tiempo, la temperatura puede aumentar rápidamente a más de 100 grados centígrados, lo que provoca que los imanes se desmagneticen y la transmisión se deseche. Por lo tanto, aunque este tipo de transmisión puede desempeñar el papel de protección contra sobrecargas, generalmente no se utiliza como dispositivo de protección contra sobrecargas.
3. Transmisión de histéresis
La transmisión por histéresis es un método de transmisión que aplica el principio de histéresis. Las transmisiones de histéresis comunes son generalmente estructuras coaxiales similares a las transmisiones síncronas. La diferencia es que los rotores interior y exterior utilizan diferentes materiales magnéticos. En términos generales, el rotor interior (eje activo) utiliza materiales con alta coercitividad y alta remanencia, como el neodimio hierro boro. El rotor exterior (eje impulsado) utiliza materiales magnéticos con baja coercitividad, como el aluminio, el níquel y el cobalto. Los imanes del eje activo están dispuestos transversalmente según los polos NS. Cuando la carga no es mayor que el par nominal, el eje impulsado gira sincrónicamente con el eje activo; cuando la carga excede el valor nominal, los rotores interior y exterior se deslizan y solo se transmite el par nominal al eje impulsado. El exceso de energía se libera en forma de calor durante el proceso de carga del imán interior y desmagnetización del imán exterior.
Esta estructura de transmisión de histéresis se encuentra comúnmente en máquinas taponadoras magnéticas, que pueden garantizar que las tapas de las botellas tengan suficiente fuerza de apriete sin dañarlas.
4. Unidad de corrientes de Foucault
Reemplazar el material magnético permanente de la parte accionada de cualquiera de los acoplamientos magnéticos mencionados anteriormente con materiales no ferromagnéticos con buena conductividad, como cobre y aluminio, puede lograr la transmisión de corrientes parásitas, aunque la eficiencia de transmisión puede no ser muy alta. La estructura de transmisión de corrientes parásitas de disco simple se muestra en la figura:
En el disco activo, se instalan imanes de alto rendimiento en el modo cruzado NS. El disco impulsado está hecho de cobre con buena conductividad. Las líneas de fuerza magnéticas pasan a través del disco de cobre. El disco activo gira y la corriente parásita impulsa el disco de cobre impulsado para que siga la rotación.
La transmisión por corrientes de Foucault puede ser síncrona o asíncrona. Para ser precisos, la transmisión síncrona de corrientes parásitas generalmente tiene una pequeña cantidad (5%) de asincronía. Por ejemplo, la entrada es de 1000 rpm y la salida es de 950 rpm. Esta asincronía puede aceptarse como pérdida de transmisión. La aplicación típica de la transmisión asíncrona de corrientes parásitas es el sistema de control de tensión de la línea retráctil. A través de un control especial, la función de regulación de velocidad dentro de un cierto rango también se puede lograr mediante la transmisión de corrientes parásitas.
Imanes permanentes utilizados en acoplamientos magnéticos.
La invención y el desarrollo de acoplamientos magnéticos están estrechamente relacionados con el progreso continuo de los materiales magnéticos permanentes. Los acoplamientos magnéticos se fabricaban originalmente con materiales de ferrita, pero debido a sus bajas propiedades magnéticas, solo pueden transmitir pares más pequeños en el mismo volumen que los acoplamientos tradicionales, lo que limita el desarrollo de los acoplamientos magnéticos.
Las propiedades magnéticas de los materiales magnéticos permanentes de segunda generación, los imanes de samario, cobalto y aluminio, níquel y cobalto (AlNiCo) son mucho más altas que las de los materiales de ferrita, por lo que los acoplamientos magnéticos fabricados pueden transmitir pares más grandes. Sin embargo, los altos precios del samario cobalto y del aluminio níquel cobalto restringen seriamente el desarrollo de acoplamientos de transmisión magnética.
El producto de energía magnética (BH) máximo del material magnético permanente de neodimio, hierro y boro (NdFeB) es de 428 kJ/m3, lo que lo convierte en la tercera generación de material magnético permanente después del samario y cobalto. NdFeB no sólo tiene mejores propiedades magnéticas sino que también tiene una mayor competitividad en el mercado. NdFeB tiene un producto de alta energía magnética, requiere menos, tiene un buen rendimiento de procesamiento, se puede cortar y perforar y tiene una alta tasa de rendimiento. Por lo tanto, puede reducir el volumen de acoplamientos magnéticos, reducir costos y mejorar la eficiencia. Ha sido ampliamente utilizado en acoplamientos de transmisión magnética.