الوصلات المغناطيسية والمغناطيس الدائم

يعد الاقتران المغناطيسي أحد التطبيقات المهمة للمواد المغناطيسية الدائمة. اليوم، سنقدم بشكل منهجي مبدأ وتصنيف وتطبيق الاقتران المغناطيسي، وسنتحدث أيضًا عن المغناطيس الدائم في الاقتران المغناطيسي.

ما هو الاقتران المغناطيسي؟

يعد الاقتران مكونًا مهمًا في ناقل الحركة الميكانيكي، والذي ينقل عزم الدوران عن طريق توصيل عمود القيادة وعمود القيادة. يوضح الشكل التالي العديد من نماذج الاقتران الشائعة، والتي يمكن أن تساعدك على فهم ماهية الاقتران بشكل أفضل.

أدوات التوصيل التقليدية هي من نوع الاتصال ولها هياكل معقدة نسبيًا. سوف تبلى أثناء العمليات اليومية. في حالة حدوث حمل زائد، سيتم تآكل الأجزاء الميكانيكية الأخرى بشكل خطير، وهو أمر غير ملائم للغاية لاستقرار معدات التشغيل الميكانيكية. إذا كان عمود القيادة وعمود القيادة للوصلة بحاجة إلى العمل في وسطين مختلفين معزولين عن بعضهما البعض، فيجب استخدام عناصر الختم للختم الديناميكي. بهذه الطريقة، هناك مشكلة إما زيادة المقاومة الدورانية لضمان الختم الموثوق أو التسرب بسبب سوء الختم. بالإضافة إلى ذلك، مع تآكل عناصر الختم وتقادمها، سوف يتفاقم التسرب، خاصة في الأنظمة التي تحتوي على غازات ضارة (سوائل ضارة). بمجرد تسربها، فإنها سوف تلوث البيئة وتعرض الحياة للخطر.
الوصلات المغناطيسية هي وصلات غير متصلة، وتتكون بشكل عام من مغناطيسين، مع وجود غطاء عازل في المنتصف لفصل المغناطيسين. يتم توصيل المغناطيس الداخلي بجزء النقل، ويتم توصيل المغناطيس الخارجي بشكل فعال بجزء الطاقة، مما ينقل الطاقة من خلال تفاعل اقتران قطب المجال المغناطيسي NS. تتميز الوصلات المغناطيسية بوظيفة التخزين المؤقت وامتصاص الاهتزازات للوصلات المرنة. بالإضافة إلى ذلك، فهي تكسر الشكل الهيكلي للوصلات التقليدية وتتبنى مبدأ اقتران مغناطيسي جديد لتحقيق نقل القوة وعزم الدوران بين عمود القيادة وعمود القيادة بدون اتصال مباشر، ويمكنها تحويل الأختام الديناميكية إلى أختام ثابتة لتحقيق تسرب صفر. لذلك، يتم استخدامه على نطاق واسع في المناسبات ذات المتطلبات الخاصة للتسرب.

تصنيف وصلات مغناطيسية

تشمل عمليات النقل المغناطيسي الشائعة النقل المتزامن، ونقل التباطؤ، ونقل التيار الدوامي. نظرًا لخصائص كل منها، يتم استخدامها في مجالات مختلفة. يشير الإرسال المتزامن إلى مزامنة الإخراج والإدخال. هناك نوعان من بنيات الاقتران المتزامن الشائعة: الاقتران المغناطيسي المستوي والاقتران المغناطيسي المحوري.

1. اقتران مغناطيسي مستو

الهيكل: يتم تثبيت المغناطيس على قرصين من نفس القطر بطريقة عبور أقطاب NS. عند الاستخدام، يتم تركيب القرصين على عمود القيادة وعمود القيادة على التوالي، مما يترك فجوة هوائية معينة بينهما.
المبدأ: نظرًا لأن القطب N للمغناطيس A يجذب القطب S للمغناطيس B على الجانب المقابل ويصد الأقطاب N على جانبي المغناطيس B، فمن المؤكد أنه ضمن نطاق عزم دوران معين، يحافظ العمود المدفوع وعمود القيادة على تدور بشكل متزامن.

عزم الدوران: يتميز ناقل الحركة المستوي هذا ببنية بسيطة ولا يتطلب محورية عالية للعمودين أثناء التثبيت. نظرًا لأنه يستخدم مبدأ الجذب المستوي، فكلما كانت فجوة الهواء أصغر، زاد عزم الدوران. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن عزم الدوران المنقول يتناسب مع مساحة القرص، فلا يمكن أن يكون عزم الدوران لهذا الاقتران المغناطيسي كبيرًا جدًا، وإلا فسيكون كبيرًا جدًا ويصعب تثبيته.

2. اقتران مغناطيسي محوري

يعد الاقتران المغناطيسي المحوري أكثر أجهزة النقل المتزامن استخدامًا في الوقت الحاضر، وتطبيقه النموذجي هو المضخة المغناطيسية.
الهيكل: يتكون الاقتران المغناطيسي المحوري من الدوار الخارجي والدوار الداخلي وغطاء العزل ونظام التحمل. يتم تثبيت المغناطيس على المحيط الخارجي للدوار الداخلي والمحيط الداخلي للدوار الخارجي. المغناطيس عبارة عن أقطاب متساوية ومرتبة محيطيًا في الوضع المتقاطع NS. قم بمحاذاة أسطح عمل مغناطيسات الدوارات الداخلية والخارجية، أي الاقتران التلقائي. يتم استخدام غلاف العزل ونظام المحمل بشكل أساسي في هيكل ختم النقل المغناطيسي.

فجوة الهواء والعزل: هناك فجوة هوائية معينة بين الدوارات الداخلية والخارجية، والتي تستخدم لعزل المكونات النشطة والقادرة. تتراوح فجوة الهواء في الغالب بين 2 مم-8مم. كلما كانت فجوة الهواء أصغر، زاد معدل الاستخدام الفعال للمغناطيس، ولكن كلما زادت صعوبة العزل؛ كلما كانت فجوة الهواء أكبر، كان العزل أكثر ملاءمة، ولكن كان استخدام المجال المغناطيسي للمغناطيس أقل فعالية. موضع نصف القطر لفجوة الهواء هو نصف قطر العمل لهذا الاقتران المغناطيسي. عند التصميم، يمكن الحصول على عزم الدوران لناقل الحركة المطلوب عن طريق ضبط حجم نصف قطر فجوة الهواء.

عندما يتجاوز الحمل الحد الأقصى لعزم الدوران، يبدأ ناقل الحركة في "الانزلاق"، أي أن المغناطيس يقفز من حالة الاقتران الحالية إلى حالة الاقتران التالية عن طريق الإزاحة الدائرية. أثناء عملية الانزلاق هذه، يتغير المجال المغناطيسي الموجود في فجوة الهواء بسرعة، ويتم إزالة مغناطيسة مغناطيسات الدوارات الداخلية والخارجية من بعضها البعض في نفس الوقت، مما يولد الحرارة. وفي فترة قصيرة، يمكن أن ترتفع درجة الحرارة بسرعة إلى أكثر من 100 درجة مئوية، مما يتسبب في إزالة مغناطيسية المغناطيس وإلغاء ناقل الحركة. لذلك، على الرغم من أن هذا النوع من الإرسال يمكن أن يلعب دور الحماية من التحميل الزائد، إلا أنه لا يستخدم بشكل عام كجهاز حماية من التحميل الزائد.

3. انتقال التباطؤ

انتقال التباطؤ هو طريقة نقل تطبق مبدأ التباطؤ. عادةً ما تكون عمليات إرسال التباطؤ الشائعة عبارة عن هياكل متحدة المحور تشبه عمليات الإرسال المتزامنة. الفرق هو أن الدوارات الداخلية والخارجية تستخدم مواد مغناطيسية مختلفة. بشكل عام، يستخدم الدوار الداخلي (العمود النشط) مواد ذات قوة إكراه عالية وثبات عالي، مثل بورون حديد النيوديميوم. يستخدم الدوار الخارجي (عمود الإدارة) مواد مغناطيسية ذات قوة قسرية منخفضة، مثل الألومنيوم والنيكل والكوبالت. يتم ترتيب المغناطيس الموجود على العمود النشط بشكل عرضي وفقًا لأقطاب NS. عندما لا يكون الحمل أكبر من عزم الدوران المقدر، يدور عمود الإدارة بشكل متزامن مع العمود النشط؛ عندما يتجاوز الحمل القيمة المقدرة، تنزلق الدوارات الداخلية والخارجية، ويتم نقل عزم الدوران المقدر فقط إلى عمود الإدارة. يتم إطلاق الطاقة الزائدة على شكل حرارة أثناء عملية شحن المغناطيس الداخلي وإزالة مغناطيسية المغناطيس الخارجي.

يتم العثور على هيكل نقل التباطؤ هذا بشكل شائع في آلات السد المغناطيسي، والتي يمكن أن تضمن أن أغطية الزجاجات لديها قوة شد كافية دون إتلاف أغطية الزجاجات.

4. محرك إيدي الحالي

إن استبدال مادة المغناطيس الدائم للجزء المدفوع لأي من أدوات التوصيل المغناطيسية المذكورة أعلاه بمواد غير مغناطيسية ذات موصلية جيدة، مثل النحاس والألومنيوم، يمكن أن يحقق نقل التيار الدوامي، على الرغم من أن كفاءة النقل قد لا تكون عالية جدًا. يظهر الشكل البسيط هيكل نقل التيار الدوامي للقرص:
يتم تثبيت مغناطيسات عالية الأداء على القرص النشط في الوضع المتقاطع NS. القرص المتحرك مصنوع من النحاس ذو الموصلية الجيدة. تمر خطوط القوة المغناطيسية عبر القرص النحاسي. يدور القرص النشط، ويقوم التيار الدوامي بتحريك القرص النحاسي المدفوع لمتابعة الدوران.
يمكن أن يكون نقل التيار الدوامي متزامنًا أو غير متزامن. على وجه الدقة، فإن نقل التيار الدوامي المتزامن يحتوي عمومًا على كمية صغيرة (5٪) من عدم التزامن. على سبيل المثال، يكون الإدخال 1000 دورة في الدقيقة والإخراج 950 دورة في الدقيقة. يمكن قبول عدم التزامن هذا كخسارة إرسال. التطبيق النموذجي لنقل التيار الدوامي غير المتزامن هو نظام التحكم في التوتر للخط القابل للسحب. من خلال التحكم الخاص، يمكن أيضًا تحقيق وظيفة تنظيم السرعة ضمن نطاق معين من خلال نقل التيار الدوامي.

المغناطيس الدائم المستخدم في أدوات التوصيل المغناطيسية
يرتبط اختراع وتطوير أدوات التوصيل المغناطيسية ارتباطًا وثيقًا بالتقدم المستمر للمواد المغناطيسية الدائمة. كانت الوصلات المغناطيسية مصنوعة في الأصل من مواد الفريت، ولكن نظرًا لخصائصها المغناطيسية المنخفضة، يمكنها فقط نقل عزم دوران أصغر بنفس الحجم مثل الوصلات التقليدية، مما يحد من تطور الوصلات المغناطيسية.
تعد الخواص المغناطيسية للجيل الثاني من المواد المغناطيسية الدائمة، كوبالت السماريوم ومغناطيس كوبالت نيكل الألومنيوم (AlNiCo) أعلى بكثير من تلك الخاصة بمواد الفريت، لذلك يمكن للوصلات المغناطيسية المصنعة نقل عزم دوران أكبر. ومع ذلك، فإن الأسعار المرتفعة لكوبالت السماريوم وكوبالت نيكل الألومنيوم تحد بشكل خطير من تطوير أدوات التوصيل ذات النقل المغناطيسي.
الحد الأقصى لمنتج الطاقة المغناطيسية (BH) من المادة المغناطيسية الدائمة لبورون حديد النيوديميوم (NdFeB) هو 428 كيلوجول/م3، مما يجعله الجيل الثالث من المواد المغناطيسية الدائمة بعد كوبالت السماريوم. لا يتمتع NdFeB بخصائص مغناطيسية أفضل فحسب، بل يتمتع أيضًا بقدرة تنافسية أقوى في السوق. يحتوي NdFeB على منتج ذو طاقة مغناطيسية عالية، ويتطلب أقل، وله أداء معالجة جيد، ويمكن قطعه وحفره، وله معدل إنتاج مرتفع. ولذلك، فإنه يمكن تقليل حجم أدوات التوصيل المغناطيسي، وخفض التكاليف، وتحسين الكفاءة. لقد تم استخدامه على نطاق واسع في وصلات النقل المغناطيسي.