1. Definitie van permanente magnetische koppelingen (PMC)
Een permanente magnetische koppeling (PMC) is een mechanisch apparaat dat tussen de aandrijf- en aangedreven uiteinden is geïnstalleerd. Het brengt op flexibele wijze koppel en beweging over via de interactie tussen permanente magnetische velden en geïnduceerde magnetische velden.
Basis werkingsprincipe
Het volgt de fundamentele magnetische regel: gelijke polen stoten elkaar af terwijl tegengestelde polen elkaar aantrekken, waardoor magnetische energie wordt omgezet in mechanische energie. Gebaseerd op moderne magnetismetheorieën, maakt het gebruik van de magnetische kracht die wordt gegenereerd door permanente magneetmaterialen om kracht- en koppeloverdracht te realiseren.
Standaardclassificatie (GB/T 38763-2020)
Volgens de Chinese nationale norm GB/T 38763-2020 zijn PMC's onderverdeeld in zes hoofdcategorieën:
- Standaard permanente magnetische koppelingen
- Permanente magnetische koppelingen van het vertragingstype
- Koppelbegrenzende permanente magnetische koppelingen
- Permanente magnetische koppelingen van het koppelingstype
- Permanente magnetische koppelingen van het katroltype
- Synchrone permanente magnetische koppelingen
Dit artikel richt zich op synchrone permanente magnetische koppelingen, die verder zijn opgesplitst in twee kerntypen: vlakke magnetische transmissiekoppelingen en coaxiale magnetische transmissiekoppelingen.
(1) Planaire magnetische transmissiekoppelingen
Magneten passen hier axiale magnetisatie toe, waarbij gekoppelde magnetische polen langs de axiale richting zijn gerangschikt.
Wanneer er geen koppel nodig is, zijn de N- en S-polen van de aandrijf- en aangedreven schijven volledig uitgelijnd. Zodra er koppel is gegenereerd, ontstaat er een fasehoek tussen de twee schijven. Na verplaatsing duwt de N-pool van de aandrijfschijf de uitgelijnde N-pool van de aangedreven schijf, terwijl de aangrenzende S-pool deze tegelijkertijd trekt, waardoor een roterende beweging ontstaat.
(2) Coaxiale magnetische transmissiekoppelingen
Magneten zijn voorzien van radiale magnetisatie met radiaal gerangschikte gekoppelde polen. De montage bestaat voornamelijk uit buitenmagneten, binnenmagneten en isolatiehulzen.
Magnetische polen met wisselende polariteit zijn langs de omtreksrichting bevestigd op ringen van koolstofarm staal. Rotatie wordt gerealiseerd door wederzijdse duw- en trekkracht tussen radiaal opgestelde N- en S-polen.
2. Kernontwerpkernpunten van synchrone PMC
2.1 Berekening van het magnetische koppel
Magnetisch koppel wordt beïnvloed door meerdere factoren: magneetgeometrie, magneetopstelling, luchtspleetafstand tussen binnen- en buitenmagneten, magnetische afbuighoek, enz.
De berekening van het PMC-koppel is zeer complex en veel ontwerpprocessen zijn nog steeds afhankelijk van empirische gegevens en formules. Algemeen aanvaarde berekeningsmethoden omvatten de equivalente stroommethode, de equivalente magnetische ladingsmethode, de Maxwell-spanningsmethode, de statische magnetische energie-koppeloplossingsmethode, de numerieke luchtspleetmethode en de eindige-elementenkoppelberekeningsmethode.
2.2 Materiaalkeuze voor permanente magneten
Magnetisch staal voor koppelingen moet aan drie kritische criteria voldoen:
- Hoge resterende magnetische fluxdichtheid (Br): om een sterke magnetische kracht en een groot transmissiekoppel te genereren
- Hoge intrinsieke coërciviteit (Hcj): uitstekende demagnetisatieweerstand
- Stabiele temperatuurprestaties: geen demagnetisatie binnen de aangegeven bedrijfstemperatuurbereiken
2.3 Ontwerp van isolatiehulzen
De isolatiehuls is het kernonderdeel om mediumlekkage in PMC-apparatuur te elimineren. Ontwerpers moeten de juiste materialen selecteren om te voldoen aan eisen op het gebied van sterkte, vervormingsweerstand en anti-corrosie, terwijl wervelstroomvermogensverlies op metalen hulzen tot een minimum wordt beperkt.
Gangbare materialen voor isolatiehulzen vallen in metalen en niet-metalen groepen:
- Metaal: 0Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni9Ti, Hastelloy-C4, 00Cr17Ni14Mo2, TC4 titaniumlegering
- Keramiek en polymeer: zirkoniumoxide (ZrO₂), siliciumnitride (Si₃N₄), PTFE, PEEK
3. Belangrijkste productvoordelen
- Hoge transmissie-efficiëntie
Magnetische koppelingstechnologie levert vermogen met minimaal energieverlies tijdens koppeloverdracht.
- Geen fysiek contact
Roterende onderdelen verbinden zich puur via magnetische kracht zonder traditioneel mechanisch contact, waardoor mechanische slijtage en corrosie fundamenteel worden geëlimineerd.
- Lange levensduur en lage onderhoudskosten
Geen fysiek contact veroorzaakt verwaarloosbare slijtage, waardoor de levensduur wordt verlengd en de reguliere onderhoudskosten aanzienlijk worden verlaagd.
- Sterk aanpassingsvermogen aan het milieu
Stabiele werking onder extreme werkomstandigheden: hoge temperatuur, hoge druk, sterk corrosieve media en hoogvacuümomgevingen.
4. Brede toepassingsindustrieën
- Chemische Industrie
Aandrijfonderdelen voor pompen, ventilatoren en roterende apparatuur, vooral geschikt voor corrosieve, brandbare en explosieve werkomgevingen.
- Voedings- en farmaceutische industrie
Vermijd kruisbesmetting om de hygiëne en veiligheid van afgewerkte voedingsmiddelen en medicijnen te garanderen.
- Lucht- en ruimtevaart
Transmissiesystemen voor precisieapparatuur, waaronder satellieten en ruimtevaartuigen.
- Halfgeleider en elektronica
Ideaal voor productielijnen die ultrahoogvacuüm en ultraschone werkplaatsen vereisen.
- Medische apparaten
Ondersteuning van kerntransmissiestructuren van medische precisie-instrumenten zoals MRI- en CT-scanners.
