ข้อต่อแม่เหล็กและแม่เหล็กถาวร

การมีเพศสัมพันธ์แบบแม่เหล็กเป็นหนึ่งในการใช้งานปลายน้ำที่สำคัญของวัสดุแม่เหล็กถาวร วันนี้เราจะแนะนำหลักการ การจำแนกประเภท และการประยุกต์ใช้ข้อต่อแม่เหล็กอย่างเป็นระบบ และยังพูดคุยเกี่ยวกับแม่เหล็กถาวรในข้อต่อแม่เหล็ก

ข้อต่อแม่เหล็กคืออะไร?

ข้อต่อเป็นองค์ประกอบสำคัญในระบบส่งกำลังแบบกลไก ซึ่งส่งแรงบิดโดยการเชื่อมต่อเพลาขับและเพลาขับเคลื่อน รูปภาพต่อไปนี้แสดงรูปแบบการมีเพศสัมพันธ์ทั่วไปหลายรูปแบบ ซึ่งสามารถช่วยให้คุณเข้าใจได้ดีขึ้นว่าการมีเพศสัมพันธ์คืออะไร

ข้อต่อแบบดั้งเดิมเป็นแบบสัมผัสและมีโครงสร้างที่ค่อนข้างซับซ้อน พวกมันจะเสื่อมสภาพระหว่างการปฏิบัติงานประจำวัน หากเกิดการโอเวอร์โหลด ชิ้นส่วนกลไกอื่นๆ จะสึกหรออย่างมาก ซึ่งส่งผลเสียต่อเสถียรภาพของอุปกรณ์การทำงานของกลไกอย่างมาก หากเพลาขับและเพลาขับเคลื่อนของคัปปลิ้งจำเป็นต้องทำงานในสื่อสองชนิดที่แยกจากกัน ต้องใช้องค์ประกอบการซีลสำหรับการซีลแบบไดนามิก ด้วยวิธีนี้ มีปัญหาในการเพิ่มความต้านทานการหมุนเพื่อให้แน่ใจว่าการซีลเชื่อถือได้หรือการรั่วเนื่องจากการซีลไม่ดี นอกจากนี้ เนื่องจากองค์ประกอบการซีลสึกหรอและอายุมากขึ้น การรั่วไหลก็จะรุนแรงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบที่มีก๊าซที่เป็นอันตราย (ของเหลวที่เป็นอันตราย) เมื่อรั่วไหลจะก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมและเป็นอันตรายต่อชีวิต
ข้อต่อแม่เหล็กเป็นข้อต่อแบบไม่สัมผัส โดยทั่วไปประกอบด้วยแม่เหล็กสองตัว โดยมีฝาปิดแยกอยู่ตรงกลางเพื่อแยกแม่เหล็กทั้งสองออกจากกัน แม่เหล็กด้านในเชื่อมต่อกับส่วนส่งกำลัง และแม่เหล็กด้านนอกเชื่อมต่อกับส่วนกำลังอย่างมีประสิทธิภาพ โดยส่งกำลังผ่านปฏิสัมพันธ์ของข้อต่อขั้ว NS ของสนามแม่เหล็ก ข้อต่อแม่เหล็กมีหน้าที่ในการบัฟเฟอร์และการดูดซับแรงสั่นสะเทือนของข้อต่อแบบยืดหยุ่น นอกจากนี้ ยังทำลายรูปแบบโครงสร้างของข้อต่อแบบเดิมและใช้หลักแม่เหล็กแบบใหม่เพื่อให้เกิดการส่งแรงและแรงบิดระหว่างเพลาขับและเพลาขับเคลื่อนโดยไม่ต้องสัมผัสโดยตรง และสามารถเปลี่ยนซีลแบบไดนามิกให้เป็นซีลแบบคงที่เพื่อให้เกิดการรั่วไหลเป็นศูนย์ ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในบางโอกาสที่มีข้อกำหนดพิเศษสำหรับการรั่วไหล

การจำแนกประเภทของข้อต่อแม่เหล็ก

การส่งสัญญาณแม่เหล็กทั่วไปรวมถึงการส่งสัญญาณแบบซิงโครนัส การส่งผ่านฮิสเทรีซิส และการส่งกระแสไหลวน เนื่องจากมีลักษณะเฉพาะ จึงมีการใช้ในด้านต่างๆ การส่งข้อมูลแบบซิงโครนัสหมายถึงการซิงโครไนซ์เอาต์พุตและอินพุต มีโครงสร้างการมีเพศสัมพันธ์แบบซิงโครนัสทั่วไปสองประการ: การมีเพศสัมพันธ์แบบแม่เหล็กระนาบและการมีเพศสัมพันธ์แบบโคแอกเซียลแม่เหล็ก

1. การมีเพศสัมพันธ์แม่เหล็กระนาบ

โครงสร้าง: แม่เหล็กถูกติดตั้งบนแผ่นดิสก์สองแผ่นที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากันในลักษณะที่ข้ามเสา NS เมื่อใช้งาน จะมีการติดตั้งแผ่นดิสก์ทั้งสองไว้บนเพลาขับและเพลาขับเคลื่อนตามลำดับ ทำให้เกิดช่องว่างอากาศอยู่ระหว่างนั้น
หลักการ: เนื่องจากขั้ว N ของแม่เหล็ก A ดึงดูดขั้ว S ของแม่เหล็ก B ที่ด้านตรงข้ามและผลักขั้ว N ทั้งสองด้านของแม่เหล็ก B จึงมั่นใจได้ว่าภายในช่วงแรงบิดที่แน่นอน เพลาขับเคลื่อนและเพลาขับจะคงอยู่ หมุนพร้อมกัน

แรงบิด: การส่งผ่านระนาบนี้มีโครงสร้างที่เรียบง่ายและไม่จำเป็นต้องมีโคแอกเชียลสูงของเพลาทั้งสองในระหว่างการติดตั้ง เนื่องจากใช้หลักการดึงดูดของเครื่องบิน ยิ่งช่องว่างอากาศเล็กลง แรงบิดก็จะยิ่งมากขึ้น นอกจากนี้ เนื่องจากแรงบิดที่ส่งเป็นสัดส่วนกับพื้นที่ของแผ่นดิสก์ แรงบิดของคัปปลิ้งแม่เหล็กนี้จึงต้องไม่ใหญ่เกินไป ไม่เช่นนั้นจะมีขนาดใหญ่เกินไปและยากต่อการติดตั้ง

2. ข้อต่อแม่เหล็กโคแอกเซียล

ข้อต่อแม่เหล็กแบบโคแอกเชียลเป็นอุปกรณ์ส่งสัญญาณแบบซิงโครนัสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน และการใช้งานทั่วไปของมันคือปั๊มแม่เหล็ก
โครงสร้าง: ข้อต่อแม่เหล็กโคแอกเซียลประกอบด้วยโรเตอร์ด้านนอก โรเตอร์ด้านใน ปลอกแยก และระบบแบริ่ง แม่เหล็กถูกติดตั้งที่เส้นรอบวงด้านนอกของโรเตอร์ด้านในและเส้นรอบวงด้านในของโรเตอร์ด้านนอก แม่เหล็กเป็นแบบขั้วคู่และจัดเรียงเป็นเส้นรอบวงในโหมด NS cross จัดตำแหน่งพื้นผิวการทำงานของแม่เหล็กของโรเตอร์ด้านในและด้านนอก นั่นคือ ข้อต่ออัตโนมัติ ปลอกแยกและระบบแบริ่งส่วนใหญ่จะใช้ในโครงสร้างของซีลส่งผ่านแม่เหล็ก

ช่องว่างอากาศและการแยกตัว: มีช่องว่างอากาศระหว่างโรเตอร์ด้านในและด้านนอก ซึ่งใช้เพื่อแยกส่วนประกอบที่ทำงานอยู่และขับเคลื่อนอยู่ ช่องว่างอากาศส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 2 มม.-8 มม. ยิ่งช่องว่างอากาศเล็กลง อัตราการใช้งานที่มีประสิทธิภาพของแม่เหล็กก็จะยิ่งสูงขึ้น แต่การแยกตัวจะยากยิ่งขึ้น ยิ่งช่องว่างอากาศมีขนาดใหญ่ การแยกตัวจะสะดวกยิ่งขึ้น แต่การใช้สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กจะมีประสิทธิภาพน้อยลง ตำแหน่งรัศมีของช่องว่างอากาศคือรัศมีการทำงานของข้อต่อแม่เหล็กนี้ เมื่อออกแบบ สามารถรับแรงบิดของระบบส่งกำลังที่ต้องการได้โดยการปรับขนาดรัศมีช่องว่างอากาศ

เมื่อโหลดเกินแรงบิดสูงสุด ระบบส่งกำลังจะเริ่ม "สลิป" กล่าวคือ แม่เหล็กจะกระโดดจากสถานะคัปปลิ้งปัจจุบันไปยังสถานะคัปปลิ้งถัดไปโดยการแทนที่แบบวงกลม ในระหว่างกระบวนการลื่นไถลนี้ สนามแม่เหล็กในช่องว่างอากาศจะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว และแม่เหล็กของโรเตอร์ด้านในและด้านนอกจะถูกล้างอำนาจแม่เหล็กซึ่งกันและกันในเวลาเดียวกัน ทำให้เกิดความร้อน ในระยะเวลาสั้นๆ อุณหภูมิอาจเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วถึงมากกว่า 100 องศาเซลเซียส ส่งผลให้แม่เหล็กล้างอำนาจแม่เหล็กและการส่งผ่านข้อมูลจะถูกทำลาย ดังนั้นแม้ว่าการส่งสัญญาณประเภทนี้สามารถมีบทบาทในการป้องกันการโอเวอร์โหลดได้ แต่โดยทั่วไปจะไม่ใช้เป็นอุปกรณ์ป้องกันการโอเวอร์โหลด

3. การส่งสัญญาณฮิสเทรีซิส

การส่งผ่านฮิสเทรีซิสเป็นวิธีการส่งผ่านที่ใช้หลักการฮิสเทรีซิส การส่งสัญญาณฮิสเทรีซิสทั่วไปโดยทั่วไปจะมีโครงสร้างโคแอกเซียลคล้ายกับการส่งสัญญาณแบบซิงโครนัส ความแตกต่างก็คือโรเตอร์ด้านในและด้านนอกใช้วัสดุแม่เหล็กต่างกัน โดยทั่วไปแล้ว โรเตอร์ด้านใน (เพลาแอคทีฟ) จะใช้วัสดุที่มีแรงบังคับสูงและมีความคงตัวสูง เช่น โบรอนเหล็กนีโอไดเมียม โรเตอร์ด้านนอก (เพลาขับเคลื่อน) ใช้วัสดุแม่เหล็กที่มีค่าแรงบังคับต่ำ เช่น โคบอลต์อะลูมิเนียมนิกเกิล แม่เหล็กบนเพลาแอคทีฟจะถูกจัดเรียงตามขวางตามขั้ว NS เมื่อโหลดไม่มากกว่าแรงบิดที่กำหนด เพลาขับเคลื่อนจะหมุนพร้อมกันกับเพลาที่ใช้งานอยู่ เมื่อโหลดเกินค่าที่กำหนด โรเตอร์ด้านในและด้านนอกจะลื่นไถล และมีเพียงแรงบิดที่กำหนดเท่านั้นที่จะถูกส่งไปยังเพลาขับเคลื่อน พลังงานส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อนในระหว่างกระบวนการชาร์จแม่เหล็กภายในและล้างอำนาจแม่เหล็กที่แม่เหล็กด้านนอก

โครงสร้างการส่งผ่านฮิสเทรีซิสนี้มักพบในเครื่องปิดฝาแม่เหล็ก ซึ่งสามารถรับประกันได้ว่าฝาขวดมีแรงขันเพียงพอโดยไม่ทำให้ฝาขวดเสียหาย

4. เอ็ดดี้ไดรฟ์ปัจจุบัน

การเปลี่ยนวัสดุแม่เหล็กถาวรของส่วนที่ขับเคลื่อนของข้อต่อแม่เหล็กใดๆ ที่กล่าวมาข้างต้นด้วยวัสดุที่ไม่ใช่เฟอร์โรแมกเนติกที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี เช่น ทองแดงและอะลูมิเนียม สามารถส่งกระแสไหลวนได้ แม้ว่าประสิทธิภาพการส่งผ่านอาจไม่สูงมากก็ตาม โครงสร้างการส่งกระแสวนของแผ่นดิสก์อย่างง่ายแสดงในรูป:
บนดิสก์ที่ใช้งานอยู่ จะมีการติดตั้งแม่เหล็กประสิทธิภาพสูงในโหมด NS cross แผ่นขับเคลื่อนทำจากทองแดงที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี เส้นแรงแม่เหล็กผ่านแผ่นทองแดง แผ่นดิสก์ที่ใช้งานอยู่จะหมุน และกระแสไหลวนจะขับเคลื่อนแผ่นดิสก์ทองแดงที่ขับเคลื่อนตามการหมุน
การส่งกระแสวนสามารถซิงโครนัสหรืออะซิงโครนัสได้ เพื่อความแม่นยำ การส่งกระแสไหลวนแบบซิงโครนัสโดยทั่วไปจะมีความไม่ตรงกันเล็กน้อย (5%) ตัวอย่างเช่น อินพุตคือ 1,000rpm และเอาต์พุตคือ 950rpm ความไม่ซิงโครไนซ์นี้สามารถยอมรับได้ว่าเป็นการสูญเสียการส่งสัญญาณ การใช้งานโดยทั่วไปของการส่งกระแสไหลวนแบบอะซิงโครนัสคือระบบควบคุมความตึงของสายแบบหดได้ ด้วยการควบคุมพิเศษ ทำให้ฟังก์ชันการควบคุมความเร็วภายในช่วงที่กำหนดสามารถทำได้ผ่านการส่งกระแสไหลวน

แม่เหล็กถาวรที่ใช้ในข้อต่อแม่เหล็ก
การประดิษฐ์และพัฒนาข้อต่อแม่เหล็กมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของวัสดุแม่เหล็กถาวร คัปปลิ้งแม่เหล็กเดิมทำจากวัสดุเฟอร์ไรต์ แต่เนื่องจากคุณสมบัติทางแม่เหล็กต่ำ จึงสามารถส่งแรงบิดได้น้อยกว่าในปริมาตรเท่ากันกับคัปปลิ้งแบบเดิม ซึ่งจำกัดการพัฒนาของคัปปลิ้งแม่เหล็ก
คุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็กถาวรซาแมเรียมโคบอลต์รุ่นที่สองและแม่เหล็กอะลูมิเนียมนิกเกิลโคบอลต์ (AlNiCo) นั้นสูงกว่าคุณสมบัติของวัสดุเฟอร์ไรต์มาก ดังนั้นข้อต่อแม่เหล็กที่ผลิตขึ้นจึงสามารถส่งแรงบิดที่มากขึ้นได้ อย่างไรก็ตาม ราคาที่สูงของโคบอลต์ซาแมเรียมและอะลูมิเนียมนิกเกิลโคบอลต์ถือเป็นการจำกัดการพัฒนาคัปปลิ้งการส่งผ่านแม่เหล็กอย่างจริงจัง
ผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูงสุด (BH) ของวัสดุแม่เหล็กถาวรนีโอดิเมียมเหล็กโบรอน (NdFeB) คือ 428kJ/m3 ทำให้เป็นวัสดุแม่เหล็กถาวรรุ่นที่สามรองจากโคบอลต์ซาแมเรียม NdFeB ไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กที่ดีกว่าเท่านั้น แต่ยังมีความสามารถในการแข่งขันทางการตลาดที่แข็งแกร่งอีกด้วย NdFeB มีผลิตภัณฑ์พลังงานแม่เหล็กสูง ต้องการน้อยกว่า มีประสิทธิภาพในการประมวลผลที่ดี สามารถตัดและเจาะได้ และมีอัตราผลตอบแทนสูง ดังนั้นจึงสามารถลดปริมาตรของข้อต่อแม่เหล็ก ลดต้นทุน และปรับปรุงประสิทธิภาพได้ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในข้อต่อการส่งผ่านแม่เหล็ก