Magneettiset kytkimet ovat kosketuksettomia kytkimiä, jotka käyttävät magneettikenttää vääntömomentin, voiman tai liikkeen siirtämiseen pyörivästä osasta toiseen. Siirto tapahtuu ei-magneettisen suojaesteen läpi ilman fyysistä yhteyttä. Kytkimet ovat vastakkaisia kiekkoja tai roottoreita, jotka on upotettu magneeteilla.
Magneettikytkennän käyttö juontaa juurensa Nikola Teslan onnistuneisiin kokeisiin 1800-luvun lopulla. Teslan langattomasti valaistut lamput, joissa käytetään lähikenttäresonanssia induktiivista kytkentää. Skotlantilainen fyysikko ja insinööri Sir Alfred Ewing kehitti edelleen magneettisen induktion teoriaa 1900-luvun alussa. Tämä johti useiden magneettikytkentää käyttävien teknologioiden kehittämiseen. Magneettisia kytkimiä sovelluksissa, jotka vaativat erittäin tarkkaa ja kestävämpää toimintaa, on tapahtunut viimeisen puolen vuosisadan aikana. Kehittyneiden valmistusprosessien kypsyys ja harvinaisten maametallien magneettisten materiaalien lisääntynyt saatavuus tekevät tämän mahdolliseksi.
Vaikka kaikki magneettikytkimet käyttävät samoja magneettisia ominaisuuksia ja perusmekaanisia voimia, on olemassa kahta tyyppiä, jotka eroavat toisistaan suunnittelun mukaan.
Kaksi päätyyppiä ovat:
- Levytyyppiset kytkimet, joissa on kaksi vastakkain olevaa levypuoliskoa, jotka on upotettu sarjalla magneetteja, joissa vääntömomentti siirretään raon yli levyltä toiselle
- Synkroniset kytkimet, kuten kestomagneettikytkimet, koaksiaalikytkimet ja roottorikytkimet, joissa sisäinen roottori on sisäkkäin ulkoisen roottorin sisällä ja kestomagneetit siirtävät vääntömomentin yhdeltä roottorilta toiselle.
Kahden päätyypin lisäksi magneettikytkimet sisältävät pallomaisia, epäkeskisiä, spiraalimaisia ja epälineaarisia malleja. Nämä magneettiset kytkentävaihtoehdot auttavat vääntömomentin ja tärinän käytössä, joita käytetään erityisesti biologian, kemian, kvanttimekaniikan ja hydrauliikan sovelluksissa.
Yksinkertaisimmillaan magneettikytkennät toimivat käyttämällä peruskäsitettä, että vastakkaiset magneettiset navat vetävät puoleensa. Magneettien vetovoima välittää vääntömomentin yhdestä magnetoidusta navasta toiseen (kytkimen käyttöelimestä käytettävään elimeen). Vääntömomentti kuvaa voimaa, joka pyörittää esinettä. Kun ulkoinen kulmamomentti kohdistetaan yhteen magneettiseen napaan, se ohjaa toista välittämällä vääntömomentin magneettisesti tilojen välillä tai ei-magneettisen suojaesteen, kuten väliseinän, läpi.
Tämän prosessin tuottaman vääntömomentin määrän määräävät muuttujat, kuten:
-Työlämpötila
-Ympäristö, jossa käsittely tapahtuu
- Magneettinen polarisaatio
- Napaparien lukumäärä
- Napaparien mitat, mukaan lukien rako, halkaisija ja korkeus
-Parien suhteellinen kulmapoikkeama
- Parien vaihto
Magneettien ja kiekkojen tai roottoreiden kohdistuksesta riippuen magneettinen polarisaatio on radiaalinen, tangentiaalinen tai aksiaalinen. Vääntömomentti siirretään sitten yhteen tai useampaan liikkuvaan osaan.
Magneettisia kytkimiä pidetään monin tavoin parempana kuin perinteiset mekaaniset kytkimet.
Kosketuksen puute liikkuvien osien kanssa:
- Vähentää kitkaa
-Tuottaa vähemmän lämpöä
- Käyttää mahdollisimman paljon tuotettua tehoa
- Tuloksena on vähemmän kulumista
- Ei tuota melua
- Poistaa voitelun tarpeen
Lisäksi tiettyihin synkronisiin tyyppeihin liittyvä koteloitu rakenne mahdollistaa magneettikytkimien valmistuksen pöly-, neste- ja ruostetiiviinä. Laitteet ovat korroosionkestäviä ja suunniteltu kestämään äärimmäisiä käyttöympäristöjä. Toinen etu on magneettinen irrotusominaisuus, joka varmistaa yhteensopivuuden käytettäväksi alueilla, joilla on mahdollisia törmäysvaaraa. Lisäksi magneettikytkimiä käyttävät laitteet ovat kustannustehokkaampia kuin mekaaniset kytkimet, kun ne sijaitsevat alueilla, joihin on rajoitettu pääsy. Magneettiset kytkimet ovat suosittu valinta testaustarkoituksiin ja väliaikaiseen asennukseen.
Magneettiset kytkimet ovat erittäin tehokkaita ja tehokkaita lukuisissa maanpäällisissä sovelluksissa, mukaan lukien:
-Robotiikka
- Kemiantekniikka
- Lääketieteelliset instrumentit
-Koneen asennus
- Ruoan käsittely
- Pyörivät koneet
Tällä hetkellä magneettikytkentöjä arvostetaan niiden tehokkuudesta, kun ne upotetaan veteen. Nestepumppujen ja potkurijärjestelmien ei-magneettiseen sulkuun koteloidut moottorit mahdollistavat magneettisen voiman käyttää potkuria tai pumpun osia kosketuksissa nesteen kanssa. Vesiakselin vika, joka johtuu veden tunkeutumisesta moottorin koteloon, vältetään pyörittämällä magneettisarjaa suljetussa astiassa.
Vedenalaisia sovelluksia ovat mm.
-Sukeltajakäyttöiset ajoneuvot
- Akvaariopumput
- Kauko-ohjattavat vedenalaiset ajoneuvot
Tekniikan kehittyessä magneettikytkennät yleistyvät pumppujen ja puhallinmoottoreiden muuttuvanopeuksisten käyttöjen tilalle. Esimerkki merkittävästä teollisesta käytöstä on suurten tuuliturbiinien moottorit.
Kytkinjärjestelmässä käytettävien magneettien lukumäärä, koko ja tyyppi sekä vastaava tuotettu vääntömomentti ovat tärkeitä spesifikaatioita.
Muita teknisiä tietoja ovat:
- Magneettisten parien välillä on este, joka mahdollistaa laitteen upottamisen veteen
- Magneettinen polarisaatio
-Liikkuvien osien lukumäärän vääntömomentti siirretään magneettisesti
Magneetit, joita käytetään magneettikytkimissä, koostuvat harvinaisista maametallimateriaaleista, kuten neodyymirautaboorista tai samariumkoboltista. Magneettisten parien väliset esteet on valmistettu ei-magneettisista materiaaleista. Esimerkkejä materiaaleista, joita magneetit eivät houkuttele, ovat ruostumaton teräs, titaani, muovi, lasi ja lasikuitu. Loput komponenteista, jotka on kiinnitetty magneettikytkimien kummallekin puolelle, ovat identtisiä niiden kanssa, joita käytetään kaikissa perinteisillä mekaanisilla kytkimillä.
Oikean magneettikytkimen on täytettävä vaadittu vääntömomentti, joka on määritelty aiottua toimintaa varten. Aiemmin magneettien vahvuus oli rajoittava tekijä. Erikoisten harvinaisten maametallien magneettien löytäminen ja lisääntynyt saatavuus lisää kuitenkin nopeasti magneettikytkentöjen ominaisuuksia.
Toinen näkökohta on tarve, että liittimet on upotettava osittain tai kokonaan veteen tai muuhun nesteeseen. Magneettikytkimien valmistajat tarjoavat räätälöintipalveluita ainutlaatuisiin ja keskittyneisiin tarpeisiin.
