Kopling magnetik adalah salah satu aplikasi hilir penting dari bahan magnetik permanen. Hari ini, kami akan memperkenalkan secara sistematis prinsip, klasifikasi, dan penerapan kopling magnet, serta membahas tentang magnet permanen pada kopling magnet.
Apa itu kopling magnet?
Kopling merupakan komponen penting dalam transmisi mekanis, yang mentransmisikan torsi dengan menghubungkan poros penggerak dan poros penggerak. Gambar berikut menunjukkan beberapa bentuk penggandengan yang umum, yang dapat membantu Anda lebih memahami apa itu penggandengan.
|
|
|
Kopling tradisional adalah tipe kontak dan memiliki struktur yang relatif kompleks. Mereka akan aus selama pengoperasian sehari-hari. Jika terjadi kelebihan beban, komponen mekanis lainnya akan mengalami keausan parah, yang sangat merugikan stabilitas operasi mekanis peralatan. Jika poros penggerak dan poros penggerak kopling perlu bekerja di dua media berbeda yang diisolasi satu sama lain, elemen penyekat harus digunakan untuk penyegelan dinamis. Dengan cara ini, terdapat masalah dalam meningkatkan resistensi rotasi untuk memastikan penyegelan yang andal atau kebocoran karena penyegelan yang buruk. Selain itu, seiring dengan keausan dan bertambahnya usia elemen penyekat, kebocoran akan semakin parah, terutama pada sistem dengan gas berbahaya (cairan berbahaya). Sekali bocor akan mencemari lingkungan dan membahayakan kehidupan.
Kopling magnetik adalah kopling non-kontak, umumnya terdiri dari dua magnet, dengan penutup isolasi di tengahnya untuk memisahkan kedua magnet. Magnet bagian dalam terhubung ke bagian transmisi, dan magnet luar terhubung secara efektif ke bagian daya, mentransmisikan daya melalui interaksi kopling kutub NS medan magnet. Kopling magnetik memiliki fungsi penyangga dan penyerapan getaran pada kopling elastis. Selain itu, ia mematahkan bentuk struktural kopling tradisional dan mengadopsi prinsip kopling magnetik baru untuk mencapai transmisi gaya dan torsi antara poros penggerak dan poros penggerak tanpa kontak langsung, dan dapat mengubah segel dinamis menjadi segel statis untuk mencapai nol kebocoran. Oleh karena itu, ini banyak digunakan pada kesempatan dengan persyaratan khusus untuk kebocoran.
Klasifikasi kopling magnetik
Transmisi magnetik yang umum termasuk transmisi sinkron, transmisi histeresis, dan transmisi arus eddy. Karena karakteristiknya masing-masing, mereka digunakan dalam bidang yang berbeda. Transmisi sinkron mengacu pada sinkronisasi output dan input. Ada dua struktur kopling sinkron yang umum: kopling magnetik planar dan kopling magnetik koaksial.
1. Kopling magnetik planar
Struktur: Magnet dipasang pada dua piringan dengan diameter yang sama dengan cara melintasi kutub NS. Saat digunakan, kedua cakram dipasang masing-masing pada poros penggerak dan poros penggerak, menyisakan celah udara tertentu di antaranya.
Prinsip: Karena kutub N magnet A menarik kutub S magnet B di sisi yang berlawanan dan menolak kutub N di kedua sisi magnet B, dipastikan bahwa dalam rentang torsi tertentu, poros penggerak dan poros penggerak tetap berputar serempak.
Torsi: Transmisi planar ini memiliki struktur sederhana dan tidak memerlukan koaksialitas tinggi kedua poros pada saat pemasangan. Karena menggunakan prinsip tarik-menarik bidang, semakin kecil celah udara maka torsinya semakin besar. Selain itu, karena torsi yang ditransmisikan sebanding dengan luas cakram, torsi kopling magnet ini tidak boleh terlalu besar, jika tidak maka akan terlalu besar dan sulit dipasang.
2. Kopling magnetik koaksial
Kopling magnet koaksial adalah perangkat transmisi sinkron yang paling banyak digunakan saat ini, dan aplikasi tipikalnya adalah pompa magnet.
Struktur: Kopling magnetik koaksial terdiri dari rotor luar, rotor dalam, selongsong isolasi, dan sistem bantalan. Magnet dipasang pada lingkar luar rotor dalam dan lingkar dalam rotor luar. Magnetnya berbentuk kutub genap dan disusun melingkar dalam mode silang NS. Sejajarkan permukaan kerja magnet rotor dalam dan luar, yaitu kopling otomatis. Selongsong isolasi dan sistem bantalan terutama digunakan dalam struktur segel transmisi magnetik.
Celah udara dan isolasi: Terdapat celah udara tertentu antara rotor dalam dan luar, yang digunakan untuk mengisolasi komponen aktif dan penggerak. Celah udara sebagian besar berukuran antara 2mm-8mm. Semakin kecil celah udara, semakin tinggi tingkat pemanfaatan efektif magnet, namun semakin sulit isolasinya; semakin besar celah udara, semakin mudah isolasinya, tetapi pemanfaatan medan magnet magnet kurang efektif. Posisi radius celah udara merupakan radius kerja kopling magnet ini. Saat mendesain, torsi transmisi yang dibutuhkan dapat diperoleh dengan mengatur ukuran radius celah udara.
Ketika beban melebihi torsi maksimum, transmisi mulai "tergelincir", yaitu magnet melompat dari keadaan kopling saat ini ke keadaan kopling berikutnya dengan perpindahan melingkar. Selama proses slip ini, medan magnet di celah udara berubah dengan cepat, dan magnet pada rotor dalam dan luar mengalami kerusakan magnet satu sama lain pada saat yang bersamaan, sehingga menghasilkan panas. Dalam waktu singkat, suhu dapat dengan cepat naik hingga lebih dari 100 derajat Celcius, menyebabkan magnet mengalami kerusakan magnet dan transmisi terputus. Oleh karena itu, meskipun jenis transmisi ini dapat berperan sebagai proteksi beban berlebih, umumnya transmisi ini tidak digunakan sebagai perangkat proteksi beban berlebih.
3. Transmisi Histeresis
Transmisi histeresis merupakan metode transmisi yang menerapkan prinsip histeresis. Transmisi histeresis yang umum umumnya merupakan struktur koaksial yang mirip dengan transmisi sinkron. Bedanya, rotor dalam dan luar menggunakan bahan magnet yang berbeda. Secara umum, rotor bagian dalam (poros aktif) menggunakan bahan dengan koersivitas tinggi dan remanensi tinggi, seperti boron besi neodymium. Rotor luar (poros penggerak) menggunakan bahan magnet dengan koersivitas rendah, seperti aluminium nikel kobalt. Magnet pada poros aktif disusun melintang sesuai kutub NS. Ketika beban tidak lebih besar dari torsi pengenal, poros yang digerakkan berputar serentak dengan poros aktif; ketika beban melebihi nilai pengenal, rotor dalam dan luar tergelincir, dan hanya torsi pengenal yang disalurkan ke poros penggerak. Kelebihan energi dilepaskan dalam bentuk panas selama proses pengisian magnet bagian dalam dan demagnetisasi magnet bagian luar.
Struktur transmisi histeresis ini biasa ditemukan pada mesin penutup magnet, yang dapat memastikan bahwa tutup botol memiliki kekuatan pengencangan yang cukup tanpa merusak tutup botol.
4. Penggerak Arus Eddy
Mengganti bahan magnet permanen dari bagian penggerak kopling magnetik yang disebutkan di atas dengan bahan non-feromagnetik dengan konduktivitas yang baik, seperti tembaga dan aluminium, dapat mencapai transmisi arus eddy, meskipun efisiensi transmisi mungkin tidak terlalu tinggi. Struktur transmisi arus eddy cakram sederhana ditunjukkan pada gambar:
Pada disk aktif, magnet berperforma tinggi dipasang dalam mode NS cross. Cakram yang digerakkan terbuat dari tembaga dengan konduktivitas yang baik. Garis-garis gaya magnet melewati piringan tembaga. Cakram aktif berputar, dan arus eddy menggerakkan cakram tembaga yang digerakkan untuk mengikuti putaran.
Transmisi arus eddy bisa sinkron atau asinkron. Tepatnya, transmisi arus eddy sinkron umumnya memiliki jumlah asinkron yang kecil (5%). Misalnya inputnya 1000rpm dan outputnya 950rpm. Ketidaksinkronan ini dapat diterima sebagai kehilangan transmisi. Penerapan khas transmisi arus eddy asinkron adalah sistem kontrol tegangan saluran yang dapat ditarik. Melalui kendali khusus, fungsi pengaturan kecepatan dalam rentang tertentu juga dapat dicapai melalui transmisi arus eddy.
Magnet permanen yang digunakan dalam kopling magnet
Penemuan dan pengembangan kopling magnetik berkaitan erat dengan kemajuan berkelanjutan dari bahan magnetik permanen. Kopling magnetik awalnya terbuat dari bahan ferit, namun karena sifat magnetiknya yang rendah, kopling magnetik hanya dapat mengirimkan torsi yang lebih kecil dalam volume yang sama dengan kopling tradisional, sehingga membatasi pengembangan kopling magnetik.
Sifat magnetis bahan magnet permanen samarium kobalt dan magnet aluminium nikel kobalt (AlNiCo) generasi kedua jauh lebih tinggi dibandingkan bahan ferit, sehingga kopling magnet yang diproduksi dapat mengirimkan torsi yang lebih besar. Namun, tingginya harga kobalt samarium dan kobalt nikel aluminium sangat membatasi pengembangan kopling transmisi magnetik.
Produk energi magnet maksimum (BH) bahan magnet permanen neodymium iron boron (NdFeB) adalah 428kJ/m3, menjadikannya bahan magnet permanen generasi ketiga setelah samarium cobalt. NdFeB tidak hanya memiliki sifat magnet yang lebih baik tetapi juga memiliki daya saing pasar yang lebih kuat. NdFeB memiliki produk energi magnet yang tinggi, membutuhkan lebih sedikit, memiliki kinerja pemrosesan yang baik, dapat dipotong dan dibor, serta memiliki tingkat hasil yang tinggi. Oleh karena itu, dapat mengurangi volume kopling magnet, mengurangi biaya, dan meningkatkan efisiensi. Ini telah banyak digunakan dalam kopling transmisi magnetik.