Cuplajele magnetice sunt cuplaje fără contact care utilizează un câmp magnetic pentru a transfera cuplul, forța sau mișcarea de la un element rotativ la altul. Transferul are loc printr-o barieră de reținere nemagnetică fără nicio conexiune fizică. Cuplajele sunt perechi opuse de discuri sau rotoare încorporate cu magneți.
Utilizarea cuplajului magnetic datează de la experimentele de succes ale lui Nikola Tesla la sfârșitul secolului al XIX-lea. Lămpile Tesla aprinse fără fir folosind un cuplaj inductiv rezonant în câmp apropiat. Fizicianul și inginerul scoțian Sir Alfred Ewing a avansat în continuare teoria inducției magnetice la începutul secolului al XX-lea. Acest lucru a condus la dezvoltarea unui număr de tehnologii care utilizează cuplarea magnetică. Cuplaje magnetice în aplicații care necesită o funcționare foarte precisă și mai robustă au avut loc în ultima jumătate de secol. Maturitatea proceselor avansate de fabricație și disponibilitatea sporită a materialelor magnetice cu pământuri rare fac acest lucru posibil.
În timp ce toate cuplajele magnetice folosesc aceleași proprietăți magnetice și forțe mecanice de bază, există două tipuri care diferă prin proiectare.
Cele două tipuri principale includ:
- Cuplaje de tip disc cu două jumătăți de disc față în față încorporate cu o serie de magneți în care cuplul este transferat de-a lungul spațiului de la un disc la altul
-Cuplaje de tip sincron, cum ar fi cuplajele cu magnet permanenti, cuplajele coaxiale si cuplajele rotorului, unde un rotor intern este imbricat in interiorul unui rotor extern, iar magnetii permanenti transfera cuplul de la un rotor la altul.
Pe lângă cele două tipuri principale, cuplajele magnetice includ modele sferice, excentrice, spirale și neliniare. Aceste alternative de cuplare magnetică ajută la utilizarea cuplului și vibrațiilor, utilizate în mod special în aplicații pentru biologie, chimie, mecanică cuantică și hidraulică.
În cei mai simpli termeni, cuplările magnetice funcționează folosind conceptul fundamental că polii magnetici opuși se atrag. Atracția magneților transmite cuplul de la un butuc magnetizat la altul (de la elementul de antrenare al cuplajului la elementul antrenat). Cuplul descrie forța care rotește un obiect. Pe măsură ce momentul unghiular extern este aplicat unui butuc magnetic, acesta îl antrenează pe celălalt prin transmiterea cuplului magnetic între spații sau printr-o barieră de reținere nemagnetică, cum ar fi un perete despărțitor.
Cantitatea de cuplu generată de acest proces este determinată de variabile precum:
-Temperatura de lucru
-Mediul în care are loc prelucrarea
- Polarizare magnetică
-Numar de perechi de poli
-Dimensiunile perechilor de stâlpi, inclusiv decalajul, diametrul și înălțimea
-Decalaj unghiular relativ al perechilor
-Schitarea perechilor
În funcție de alinierea magneților și discurilor sau rotoarelor, polarizarea magnetică este radială, tangențială sau axială. Cuplul este apoi transferat la una sau mai multe părți mobile.
Cuplajele magnetice sunt considerate superioare cuplajelor mecanice tradiționale în mai multe moduri.
Lipsa contactului cu piesele mobile:
-Reduce frecarea
- Produce mai putina caldura
-Folosește la maximum puterea produsă
- Rezultă o uzură mai mică
- Nu produce zgomot
-Elimină nevoia de lubrifiere
În plus, designul închis asociat cu anumite tipuri sincrone permite ca cuplajele magnetice să fie fabricate ca rezistente la praf, fluide și rezistente la rugină. Dispozitivele sunt rezistente la coroziune și proiectate pentru a face față unor medii de operare extreme. Un alt beneficiu este o caracteristică de rupere magnetică care stabilește compatibilitatea pentru utilizarea în zone cu potențiale pericole de impact. În plus, dispozitivele care utilizează cuplaje magnetice sunt mai rentabile decât cuplajele mecanice atunci când sunt amplasate în zone cu acces limitat. Cuplajele magnetice sunt o alegere populară în scopuri de testare și instalare temporară.
Cuplajele magnetice sunt extrem de eficiente și eficiente pentru numeroase aplicații supraterane, inclusiv:
-Robotica
-Inginerie chimică
-Instrumente medicale
- Instalarea masinii
-Prelucrarea alimentelor
-Masini rotative
În prezent, cuplajele magnetice sunt apreciate pentru eficiența lor atunci când sunt scufundate în apă. Motoarele încapsulate într-o barieră nemagnetică în pompele de lichid și sistemele de elice permit forței magnetice să acționeze elicea sau părțile pompei în contact cu lichidul. Defectarea puțului de apă cauzată de invazia apei într-o carcasă a motorului este evitată prin rotirea unui set de magneți într-un recipient etanș.
Aplicațiile subacvatice includ:
-Vehicule cu propulsie scafandri
- Pompe pentru acvariu
- Vehicule subacvatice acționate de la distanță
Pe măsură ce tehnologia se îmbunătățește, cuplajele magnetice devin din ce în ce mai răspândite ca înlocuitori pentru variatoarele de viteză în pompe și motoare ventilatoare. Un exemplu de utilizare industrială semnificativă sunt motoarele din turbinele eoliene mari.
Numărul, dimensiunea și tipul de magneți utilizați într-un sistem de cuplare, precum și cuplul corespunzător produs sunt specificații semnificative.
Alte specificații includ:
-Prezența unei bariere între perechile magnetice, calificând aparatul pentru scufundare în apă
- Polarizarea magnetică
-Numărul de piese mobile cuplul este transferat magnetic
Magneții utilizați în cuplajele magnetice sunt compusi din materiale pământuri rare, cum ar fi neodim, fier, bor sau samariu cobalt. Barierele care există între perechile magnetice sunt realizate din materiale nemagnetice. Exemple de materiale care nu sunt atrase de magneți sunt oțelul inoxidabil, titanul, plasticul, sticla și fibra de sticlă. Restul componentelor atașate de ambele părți ale cuplajelor magnetice sunt identice cu cele utilizate în orice sistem cu cuplaje mecanice tradiționale.
Cupla magnetică corectă trebuie să îndeplinească nivelul necesar de cuplu specificat pentru funcționarea prevăzută. În trecut, puterea magneților a fost un factor limitator. Cu toate acestea, descoperirea și disponibilitatea crescută a magneților speciali cu pământuri rare crește rapid capacitățile cuplajelor magnetice.
O a doua considerație este necesitatea ca cuplajele să fie parțial sau total scufundate în apă sau în alte forme de lichid. Producătorii de cuplaje magnetice oferă servicii de personalizare pentru nevoi unice și concentrate.
