Magnetické spojky sú bezkontaktné spojky, ktoré využívajú magnetické pole na prenos krútiaceho momentu, sily alebo pohybu z jedného rotujúceho člena na druhý. Prenos sa uskutočňuje cez nemagnetickú bariéru bez akéhokoľvek fyzického spojenia. Spojky sú protiľahlé páry diskov alebo rotorov s magnetmi.
Použitie magnetickej väzby sa datuje od úspešných experimentov Nikolu Teslu na konci 19. storočia. Tesla bezdrôtovo rozsvietila lampy pomocou rezonančnej indukčnej väzby v blízkom poli. Škótsky fyzik a inžinier Sir Alfred Ewing na začiatku 20. storočia ďalej rozvinul teóriu magnetickej indukcie. To viedlo k vývoju množstva technológií využívajúcich magnetickú väzbu. Magnetické spojky v aplikáciách, ktoré vyžadujú vysoko presnú a robustnejšiu prevádzku, sa objavili v poslednom polstoročí. Vyspelosť pokročilých výrobných procesov a zvýšená dostupnosť magnetických materiálov vzácnych zemín to umožňuje.
Zatiaľ čo všetky magnetické spojky využívajú rovnaké magnetické vlastnosti a základné mechanické sily, existujú dva typy, ktoré sa líšia dizajnom.
Dva hlavné typy zahŕňajú:
- Kotúčové spojky s dvoma protiľahlými polovicami kotúča vsadenými sériou magnetov, kde sa krútiaci moment prenáša cez medzeru z jedného kotúča na druhý
-Spojky synchrónneho typu, ako sú spojky s permanentnými magnetmi, koaxiálne spojky a spojky rotorov, kde je vnútorný rotor vložený do vonkajšieho rotora a permanentné magnety prenášajú krútiaci moment z jedného rotora na druhý.
Okrem dvoch hlavných typov magnetické spojky zahŕňajú sférické, excentrické, špirálové a nelineárne konštrukcie. Tieto alternatívy magnetickej väzby pomáhajú pri použití krútiaceho momentu a vibrácií, ktoré sa špecificky používajú v aplikáciách pre biológiu, chémiu, kvantovú mechaniku a hydrauliku.
Zjednodušene povedané, magnetické spojky fungujú pomocou základného konceptu, že opačné magnetické póly sa priťahujú. Príťažlivosť magnetov prenáša krútiaci moment z jedného magnetizovaného náboja na druhý (z hnacieho člena spojky na hnaný člen). Krútiaci moment popisuje silu, ktorá otáča objekt. Keďže vonkajší moment hybnosti pôsobí na jeden magnetický náboj, poháňa druhý magnetickým prenosom krútiaceho momentu medzi priestormi alebo cez nemagnetickú bariéru, ako je deliaca stena.
Množstvo krútiaceho momentu generovaného týmto procesom je určené premennými, ako sú:
- Pracovná teplota
-Prostredie, v ktorom prebieha spracovanie
- Magnetická polarizácia
- Počet párov pólov
-Rozmery párov pólov vrátane medzery, priemeru a výšky
-Relatívny uhlový posun párov
-Posun párov
V závislosti od usporiadania magnetov a kotúčov alebo rotorov je magnetická polarizácia radiálna, tangenciálna alebo axiálna. Krútiaci moment sa potom prenáša na jednu alebo viac pohyblivých častí.
Magnetické spojky sa považujú za lepšie ako tradičné mechanické spojky niekoľkými spôsobmi.
Nedostatok kontaktu s pohyblivými časťami:
-Znižuje trenie
- Produkuje menej tepla
- Maximálne využíva vyrobenú energiu
- Výsledkom je menšie opotrebovanie
- Neprodukuje žiadny hluk
- Eliminuje potrebu mazania
Okrem toho, uzavretý dizajn spojený s konkrétnymi synchrónnymi typmi umožňuje vyrábať magnetické spojky ako prachotesné, vodotesné a nehrdzavejúce. Zariadenia sú odolné voči korózii a skonštruované tak, aby zvládli extrémne prevádzkové prostredia. Ďalšou výhodou je funkcia magnetického odtrhnutia, ktorá zabezpečuje kompatibilitu pre použitie v oblastiach s potenciálnym nebezpečenstvom nárazu. Zariadenia využívajúce magnetické spojky sú navyše nákladovo efektívnejšie ako mechanické spojky, ak sú umiestnené v oblastiach s obmedzeným prístupom. Magnetické spojky sú obľúbenou voľbou na testovacie účely a dočasnú inštaláciu.
Magnetické spojky sú vysoko účinné a efektívne pre mnohé nadzemné aplikácie vrátane:
- Robotika
- Chemické inžinierstvo
- Lekárske nástroje
- Inštalácia stroja
- Spracovanie potravín
- Rotačné stroje
V súčasnosti sú magnetické spojky cenené pre svoju účinnosť pri ponorení do vody. Motory zapuzdrené v nemagnetickej bariére v kvapalinových čerpadlách a vrtuľových systémoch umožňujú magnetickú silu ovládať vrtuľu alebo časti čerpadla v kontakte s kvapalinou. Zlyhaniu vodného hriadeľa spôsobenému vniknutím vody do krytu motora sa zabráni otáčaním sady magnetov v uzavretej nádobe.
Podvodné aplikácie zahŕňajú:
-Potápačské hnacie vozidlá
- Akvarijné čerpadlá
-Diaľkovo ovládané podvodné vozidlá
Ako sa technológia zlepšuje, magnetické spojky sa stávajú rozšírenejšími ako náhrada za pohony s premenlivou rýchlosťou v čerpadlách a motoroch ventilátorov. Príkladom významného priemyselného využitia sú motory vo veľkých veterných turbínach.
Počet, veľkosť a typ magnetov použitých v spojovacom systéme, ako aj zodpovedajúci vyrobený krútiaci moment sú dôležité špecifikácie.
Ďalšie špecifikácie zahŕňajú:
- Prítomnosť bariéry medzi magnetickými pármi, ktorá oprávňuje zariadenie na ponorenie do vody
- Magnetická polarizácia
-Krútiaci moment pohyblivých častí sa prenáša magneticky
Magnety používané v magnetických spojkách pozostávajú z materiálov vzácnych zemín, ako je neodým železo bór alebo samárium kobalt. Bariéry, ktoré existujú medzi magnetickými pármi, sú vyrobené z nemagnetických materiálov. Príklady materiálov, ktoré magnety nepriťahujú, sú nehrdzavejúca oceľ, titán, plast, sklo a sklolaminát. Zostávajúce komponenty pripojené na obe strany magnetických spojok sú identické s komponentmi používanými v akomkoľvek systéme s tradičnými mechanickými spojkami.
Správna magnetická spojka musí spĺňať požadovanú úroveň krútiaceho momentu špecifikovanú pre zamýšľanú prevádzku. V minulosti bola sila magnetov limitujúcim faktorom. Objav a zvýšená dostupnosť špeciálnych magnetov vzácnych zemín však rýchlo rastie v možnostiach magnetických spojení.
Druhou úvahou je nutnosť, aby spojky boli čiastočne alebo úplne ponorené vo vode alebo inej forme kvapaliny. Výrobcovia magnetických spojok poskytujú služby prispôsobenia pre jedinečné a koncentrované potreby.
