کوپلینگ های مغناطیسی کوپلینگ های غیر تماسی هستند که از یک میدان مغناطیسی برای انتقال گشتاور، نیرو یا حرکت از یک عضو چرخان به عضو دیگر استفاده می کنند. انتقال از طریق یک مانع مهار غیر مغناطیسی بدون هیچ گونه اتصال فیزیکی انجام می شود. کوپلینگ ها جفت های متضاد دیسک یا روتور هستند که با آهنربا تعبیه شده اند.
استفاده از جفت مغناطیسی به آزمایش های موفقیت آمیز نیکولا تسلا در اواخر قرن نوزدهم برمی گردد. تسلا لامپ های بی سیم را با استفاده از جفت القایی تشدید میدان نزدیک روشن می کند. فیزیکدان و مهندس اسکاتلندی سر آلفرد اوینگ نظریه القای مغناطیسی را در اوایل قرن بیستم بیشتر کرد. این منجر به توسعه تعدادی از فناوری ها با استفاده از جفت مغناطیسی شد. کوپلینگ های مغناطیسی در کاربردهایی که نیاز به عملکرد بسیار دقیق و قوی تر دارند در نیم قرن گذشته اتفاق افتاده اند. بلوغ فرآیندهای تولید پیشرفته و افزایش در دسترس بودن مواد مغناطیسی خاکی کمیاب این امکان را فراهم می کند.
در حالی که همه کوپلینگ های مغناطیسی از خواص مغناطیسی و نیروهای مکانیکی اساسی استفاده می کنند، دو نوع وجود دارد که از نظر طراحی متفاوت هستند.
دو نوع اصلی عبارتند از:
- کوپلینگ های دیسکی دارای دو نیمه دیسکی رو به رو که با یک سری آهنربا تعبیه شده است که گشتاور از یک دیسک به دیسک دیگر در طول شکاف منتقل می شود.
- کوپلینگهای سنکرون مانند کوپلینگهای آهنربای دائم، کوپلینگهای کواکسیال و کوپلینگهای روتور که در آن روتور داخلی در داخل روتور خارجی تو در تو قرار دارد و آهنرباهای دائمی گشتاور را از یک روتور به روتور دیگر منتقل میکنند.
کوپلینگهای مغناطیسی علاوه بر دو نوع اصلی، شامل طرحهای کروی، برونمرکز، مارپیچی و غیرخطی هستند. این جایگزینهای جفت مغناطیسی به استفاده از گشتاور و ارتعاش کمک میکنند، بهویژه در کاربردهای زیستشناسی، شیمی، مکانیک کوانتومی و هیدرولیک استفاده میشوند.
به عبارت ساده تر، کوپلینگ های مغناطیسی با استفاده از مفهوم اساسی که قطب های مغناطیسی مخالف جذب می کنند، کار می کنند. جاذبه آهنرباها، گشتاور را از یک هاب مغناطیسی به دیگری (از عضو محرک کوپلینگ به عضو محرک) منتقل می کند. گشتاور نیرویی را توصیف می کند که یک جسم را می چرخاند. همانطور که تکانه زاویه ای خارجی به یک هاب مغناطیسی اعمال می شود، با انتقال گشتاور به صورت مغناطیسی بین فضاها یا از طریق یک مانع مهار غیر مغناطیسی مانند دیواره جداکننده، دیگری را به حرکت در می آورد.
مقدار گشتاور تولید شده توسط این فرآیند توسط متغیرهایی مانند:
-دمای کاری
-محیطی که در آن پردازش اتفاق می افتد
- قطبش مغناطیسی
-تعداد جفت قطب
-ابعاد جفت قطب شامل شکاف، قطر و ارتفاع
افست زاویه ای نسبی جفت ها
-تغییر جفت ها
بسته به تراز آهنرباها و دیسک ها یا روتورها، قطبش مغناطیسی شعاعی، مماسی یا محوری است. سپس گشتاور به یک یا چند قسمت متحرک منتقل می شود.
کوپلینگ های مغناطیسی از چند جهت نسبت به کوپلینگ های مکانیکی سنتی برتری دارند.
عدم تماس با قطعات متحرک:
-اصطکاک را کاهش می دهد
-حرارت کمتری تولید می کند
-از توان تولیدی حداکثر استفاده را می کند
- منجر به سایش و پارگی کمتر می شود
-هیچ صدا تولید نمی کند
-نیاز به روغن کاری را از بین می برد
علاوه بر این، طراحی محصور شده مرتبط با انواع خاص سنکرون اجازه می دهد تا کوپلینگ های مغناطیسی به عنوان ضد گرد و غبار، ضد سیال و ضد زنگ تولید شوند. این دستگاه ها در برابر خوردگی مقاوم بوده و برای مدیریت محیط های عملیاتی شدید مهندسی شده اند. مزیت دیگر یک ویژگی شکست مغناطیسی است که سازگاری را برای استفاده در مناطق با خطرات احتمالی ضربه ایجاد می کند. علاوه بر این، دستگاههایی که از کوپلینگهای مغناطیسی استفاده میکنند نسبت به کوپلینگهای مکانیکی در مناطقی با دسترسی محدود مقرون به صرفهتر هستند. کوپلینگ های مغناطیسی یک انتخاب محبوب برای اهداف آزمایشی و نصب موقت هستند.
کوپلینگ های مغناطیسی برای بسیاری از کاربردهای بالای زمینی بسیار کارآمد و موثر هستند از جمله:
-رباتیک
-مهندسی شیمی
-ابزار پزشکی
-نصب ماشین آلات
-فرآوری مواد غذایی
-ماشین های دوار
در حال حاضر، کوپلینگ های مغناطیسی به دلیل کارایی خود در هنگام غوطه ور شدن در آب ارزشمند هستند. موتورهای محصور شده در یک مانع غیر مغناطیسی در پمپ های مایع و سیستم های پروانه ای به نیروی مغناطیسی اجازه می دهد تا پروانه یا قسمت هایی از پمپ را در تماس با مایع به کار گیرد. با چرخاندن مجموعه ای از آهنرباها در یک ظرف مهر و موم شده از خرابی شفت آب ناشی از هجوم آب به محفظه موتور جلوگیری می شود.
کاربردهای زیر آب عبارتند از:
-وسایل نقلیه پیشران غواص
-پمپ های آکواریومی
- وسایل نقلیه زیر آب از راه دور
با پیشرفت فناوری، کوپلینگ های مغناطیسی به عنوان جایگزینی برای درایوهای سرعت متغیر در پمپ ها و موتورهای فن رایج تر می شوند. نمونه ای از کاربردهای صنعتی قابل توجه موتورهای درون توربین های بادی بزرگ است.
تعداد، اندازه و نوع آهنرباهای مورد استفاده در یک سیستم کوپلینگ و همچنین گشتاور تولیدی مربوطه از مشخصات قابل توجهی هستند.
سایر مشخصات عبارتند از:
وجود یک مانع بین جفت های مغناطیسی که دستگاه را برای غوطه ور شدن در آب واجد شرایط می کند.
- قطبش مغناطیسی
-تعداد گشتاور قطعات متحرک به صورت مغناطیسی منتقل می شود
آهنرباهای مورد استفاده در کوپلینگ های مغناطیسی از مواد خاکی کمیاب مانند نئودیمیم آهن بور یا ساماریوم کبالت تشکیل شده اند. موانعی که بین جفت های مغناطیسی وجود دارد از مواد غیر مغناطیسی ساخته شده اند. نمونه هایی از موادی که توسط آهنربا جذب نمی شوند عبارتند از فولاد ضد زنگ، تیتانیوم، پلاستیک، شیشه و فایبرگلاس. بقیه اجزای متصل به هر دو طرف کوپلینگ های مغناطیسی با اجزای مورد استفاده در هر سیستمی با کوپلینگ های مکانیکی سنتی یکسان است.
کوپلینگ مغناطیسی صحیح باید سطح گشتاور مورد نیاز تعیین شده برای عملیات مورد نظر را برآورده کند. در گذشته، قدرت آهنرباها یک عامل محدود کننده بود. با این حال، کشف و افزایش دسترسی به آهنرباهای خاکی کمیاب به سرعت در حال رشد قابلیت های کوپلینگ های مغناطیسی است.
نکته دوم، لزوم غوطه ور شدن کامل یا جزئی کوپلینگ ها در آب یا سایر اشکال مایع است. تولید کنندگان کوپلینگ مغناطیسی خدمات سفارشی سازی را برای نیازهای منحصر به فرد و متمرکز ارائه می دهند.