Οι μαγνητικές ζεύξεις είναι σύνδεσμοι χωρίς επαφή που χρησιμοποιούν μαγνητικό πεδίο για να μεταφέρουν ροπή, δύναμη ή κίνηση από το ένα περιστρεφόμενο μέλος στο άλλο. Η μεταφορά πραγματοποιείται μέσω ενός μη μαγνητικού φράγματος συγκράτησης χωρίς καμία φυσική σύνδεση. Οι σύνδεσμοι είναι αντίθετα ζεύγη δίσκων ή ρότορες ενσωματωμένα με μαγνήτες.
Η χρήση της μαγνητικής σύζευξης χρονολογείται από τα επιτυχημένα πειράματα του Νίκολα Τέσλα στα τέλη του 19ου αιώνα. Η Tesla άναψε ασύρματα λαμπτήρες χρησιμοποιώντας επαγωγική σύζευξη συντονισμού κοντινού πεδίου. Ο Σκωτσέζος φυσικός και μηχανικός Sir Alfred Ewing προώθησε περαιτέρω τη θεωρία της μαγνητικής επαγωγής στις αρχές του 20ου αιώνα. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη μιας σειράς τεχνολογιών που χρησιμοποιούν μαγνητική σύζευξη. Οι μαγνητικές συνδέσεις σε εφαρμογές που απαιτούν πολύ ακριβή και πιο στιβαρή λειτουργία έχουν λάβει χώρα τον τελευταίο μισό αιώνα. Η ωριμότητα των προηγμένων διαδικασιών παραγωγής και η αυξημένη διαθεσιμότητα μαγνητικών υλικών σπάνιων γαιών το καθιστά δυνατό.
Ενώ όλες οι μαγνητικές ζεύξεις χρησιμοποιούν τις ίδιες μαγνητικές ιδιότητες και βασικές μηχανικές δυνάμεις, υπάρχουν δύο τύποι που διαφέρουν ως προς το σχεδιασμό.
Οι δύο κύριοι τύποι περιλαμβάνουν:
-Σύνδεσμοι τύπου δίσκου με δύο μισά δίσκα πρόσωπο με πρόσωπο ενσωματωμένα με μια σειρά μαγνητών όπου η ροπή μεταφέρεται κατά μήκος του κενού από τον ένα δίσκο στον άλλο
-Σύγχρονες ζεύξεις όπως σύνδεσμοι μόνιμου μαγνήτη, ομοαξονικοί σύνδεσμοι και σύνδεσμοι ρότορα όπου ένας εσωτερικός ρότορας είναι φωλιασμένος μέσα σε έναν εξωτερικό ρότορα και οι μόνιμοι μαγνήτες μεταφέρουν τη ροπή από τον ένα ρότορα στον άλλο.
Εκτός από τους δύο κύριους τύπους, οι μαγνητικές ζεύξεις περιλαμβάνουν σφαιρικά, έκκεντρα, σπειροειδή και μη γραμμικά σχέδια. Αυτές οι εναλλακτικές λύσεις μαγνητικής σύζευξης βοηθούν στη χρήση της ροπής και των κραδασμών, που χρησιμοποιούνται ειδικά σε εφαρμογές για τη βιολογία, τη χημεία, την κβαντική μηχανική και την υδραυλική.
Με τους απλούστερους όρους, οι μαγνητικές ζεύξεις λειτουργούν χρησιμοποιώντας τη θεμελιώδη ιδέα ότι οι αντίθετοι μαγνητικοί πόλοι έλκονται. Η έλξη των μαγνητών μεταδίδει τη ροπή από τη μια μαγνητισμένη πλήμνη στην άλλη (από το κινητήριο μέλος της ζεύξης στο κινούμενο μέλος). Η ροπή περιγράφει τη δύναμη που περιστρέφει ένα αντικείμενο. Καθώς η εξωτερική γωνιακή ορμή εφαρμόζεται σε μια μαγνητική πλήμνη, οδηγεί την άλλη μεταδίδοντας μαγνητικά τη ροπή μεταξύ των χώρων ή μέσω ενός μη μαγνητικού φραγμού συγκράτησης, όπως ένας διαχωριστικός τοίχος.
Η ποσότητα της ροπής που παράγεται από αυτή τη διαδικασία καθορίζεται από μεταβλητές όπως:
- Θερμοκρασία λειτουργίας
-Περιβάλλον στο οποίο λαμβάνει χώρα η επεξεργασία
-Μαγνητική πόλωση
-Αριθμός ζευγών πόλων
-Διαστάσεις των ζευγών πόλων, συμπεριλαμβανομένου του χάσματος, της διαμέτρου και του ύψους
-Σχετική γωνιακή μετατόπιση των ζευγών
-Μετατόπιση των ζευγαριών
Ανάλογα με την ευθυγράμμιση των μαγνητών και των δίσκων ή των ρότορων, η μαγνητική πόλωση είναι ακτινική, εφαπτομενική ή αξονική. Στη συνέχεια, η ροπή μεταφέρεται σε ένα ή περισσότερα κινούμενα μέρη.
Οι μαγνητικές ζεύξεις θεωρούνται ανώτερες από τις παραδοσιακές μηχανικές συνδέσεις με διάφορους τρόπους.
Η έλλειψη επαφής με κινούμενα μέρη:
-Μειώνει την τριβή
-Παράγει λιγότερη θερμότητα
-Κάνει τη μέγιστη χρήση της παραγόμενης ισχύος
- Έχει ως αποτέλεσμα λιγότερη φθορά
- Δεν παράγει θόρυβο
-Καταργεί την ανάγκη για λίπανση
Επιπλέον, η κλειστή σχεδίαση που σχετίζεται με συγκεκριμένους σύγχρονους τύπους επιτρέπει την κατασκευή μαγνητικών συνδέσμων ως ανθεκτικά στη σκόνη, αδιάβροχα και ανθεκτικά στη σκουριά. Οι συσκευές είναι ανθεκτικές στη διάβρωση και έχουν σχεδιαστεί για να χειρίζονται ακραία περιβάλλοντα λειτουργίας. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα μαγνητικής διάσπασης που καθιερώνει συμβατότητα για χρήση σε περιοχές με πιθανούς κινδύνους πρόσκρουσης. Επιπλέον, οι συσκευές που χρησιμοποιούν μαγνητικούς συνδέσμους είναι πιο οικονομικές από τις μηχανικές συνδέσεις όταν βρίσκονται σε περιοχές με περιορισμένη πρόσβαση. Οι μαγνητικές συνδέσεις είναι μια δημοφιλής επιλογή για σκοπούς δοκιμών και προσωρινής εγκατάστασης.
Οι μαγνητικές συνδέσεις είναι εξαιρετικά αποδοτικές και αποτελεσματικές για πολλές εφαρμογές στο έδαφος, όπως:
-Ρομποτική
-Χημική μηχανική
-Ιατρικά εργαλεία
- Εγκατάσταση μηχανήματος
- Επεξεργασία τροφίμων
- Περιστροφικές μηχανές
Επί του παρόντος, οι μαγνητικές ζεύξεις εκτιμώνται για την αποτελεσματικότητά τους όταν βυθίζονται στο νερό. Οι κινητήρες που είναι εγκλωβισμένοι σε ένα μη μαγνητικό φράγμα εντός των αντλιών υγρών και των συστημάτων προπέλας επιτρέπουν στη μαγνητική δύναμη να λειτουργεί την προπέλα ή μέρη της αντλίας σε επαφή με υγρό. Η αστοχία του άξονα νερού που προκαλείται από την εισβολή νερού στο περίβλημα του κινητήρα αποφεύγεται με την περιστροφή ενός σετ μαγνητών σε ένα σφραγισμένο δοχείο.
Οι υποβρύχιες εφαρμογές περιλαμβάνουν:
-Οχήματα προώθησης δυτών
- Αντλίες ενυδρείου
-Τηλεχειριζόμενα υποβρύχια οχήματα
Καθώς η τεχνολογία βελτιώνεται, οι μαγνητικές ζεύξεις γίνονται πιο διαδεδομένες ως αντικαταστάσεις για μεταβλητές ταχύτητες σε αντλίες και κινητήρες ανεμιστήρα. Ένα παράδειγμα σημαντικής βιομηχανικής χρήσης είναι οι κινητήρες σε μεγάλες ανεμογεννήτριες.
Ο αριθμός, το μέγεθος και ο τύπος των μαγνητών που χρησιμοποιούνται σε ένα σύστημα ζεύξης καθώς και η αντίστοιχη παραγόμενη ροπή αποτελούν σημαντικές προδιαγραφές.
Άλλες προδιαγραφές περιλαμβάνουν:
-Η ύπαρξη φραγμού μεταξύ των μαγνητικών ζευγών, που επιτρέπει τη βύθιση της συσκευής στο νερό
-Η μαγνητική πόλωση
-Η ροπή του αριθμού των κινούμενων μερών μεταφέρεται μαγνητικά
Οι μαγνήτες που χρησιμοποιούνται σε μαγνητικούς συνδέσμους αποτελούνται από υλικά σπάνιων γαιών όπως σίδηρο νεοδύμιο βόριο ή κοβάλτιο σαμάριο. Τα εμπόδια που υπάρχουν μεταξύ των μαγνητικών ζευγών είναι κατασκευασμένα από μη μαγνητικά υλικά. Παραδείγματα υλικών που δεν έλκονται από μαγνήτες είναι ο ανοξείδωτος χάλυβας, το τιτάνιο, το πλαστικό, το γυαλί και το fiberglass. Τα υπόλοιπα εξαρτήματα που συνδέονται σε κάθε πλευρά των μαγνητικών συνδέσμων είναι πανομοιότυπα με αυτά που χρησιμοποιούνται σε οποιοδήποτε σύστημα με παραδοσιακούς μηχανικούς συνδέσμους.
Η σωστή μαγνητική σύζευξη πρέπει να πληροί το απαιτούμενο επίπεδο ροπής που καθορίζεται για την προβλεπόμενη λειτουργία. Στο παρελθόν, η δύναμη των μαγνητών ήταν ένας περιοριστικός παράγοντας. Ωστόσο, η ανακάλυψη και η αυξημένη διαθεσιμότητα ειδικών μαγνητών σπάνιων γαιών αυξάνει ταχέως τις δυνατότητες των μαγνητικών συζεύξεων.
Μια δεύτερη σκέψη είναι η αναγκαιότητα των συνδέσμων να είναι μερικώς ή πλήρως βυθισμένα σε νερό ή άλλες μορφές υγρού. Οι κατασκευαστές μαγνητικών συνδέσμων παρέχουν υπηρεσίες προσαρμογής για μοναδικές και συγκεντρωμένες ανάγκες.
