Khớp nối từ là khớp nối không tiếp xúc sử dụng từ trường để truyền mô-men xoắn, lực hoặc chuyển động từ bộ phận quay này sang bộ phận quay khác. Quá trình chuyển giao diễn ra thông qua hàng rào ngăn chặn không từ tính mà không có bất kỳ kết nối vật lý nào. Các khớp nối là các cặp đĩa hoặc rôto đối lập nhau được gắn nam châm.
Việc sử dụng khớp nối từ bắt nguồn từ những thí nghiệm thành công của Nikola Tesla vào cuối thế kỷ 19. Đèn thắp sáng không dây của Tesla sử dụng khớp nối cảm ứng cộng hưởng trường gần. Nhà vật lý và kỹ sư người Scotland Sir Alfred Ewing đã nâng cao hơn nữa lý thuyết cảm ứng từ vào đầu thế kỷ 20. Điều này dẫn đến sự phát triển của một số công nghệ sử dụng khớp nối từ tính. Khớp nối từ trong các ứng dụng đòi hỏi hoạt động mạnh mẽ và chính xác cao hơn đã diễn ra trong nửa thế kỷ qua. Sự trưởng thành của các quy trình sản xuất tiên tiến và sự sẵn có ngày càng tăng của vật liệu từ tính đất hiếm khiến điều này trở nên khả thi.
Mặc dù tất cả các khớp nối từ đều sử dụng cùng đặc tính từ và lực cơ học cơ bản nhưng có hai loại khác nhau về thiết kế.
Hai loại chính bao gồm:
-Khớp nối kiểu đĩa có hai nửa đĩa đối diện được gắn một loạt nam châm trong đó mô-men xoắn được truyền qua khe hở từ đĩa này sang đĩa kia
-Các khớp nối loại đồng bộ như khớp nối nam châm vĩnh cửu, khớp nối đồng trục và khớp nối rôto trong đó rôto bên trong được lồng bên trong rôto bên ngoài và nam châm vĩnh cửu truyền mô-men xoắn từ rôto này sang rôto kia。
Ngoài hai loại chính, khớp nối từ còn có thiết kế hình cầu, lệch tâm, xoắn ốc và phi tuyến. Các lựa chọn thay thế khớp nối từ tính này hỗ trợ việc sử dụng mô-men xoắn và độ rung, đặc biệt được sử dụng trong các ứng dụng sinh học, hóa học, cơ học lượng tử và thủy lực.
Nói một cách đơn giản nhất, khớp nối từ hoạt động dựa trên khái niệm cơ bản là các cực từ đối diện sẽ hút nhau. Lực hút của nam châm truyền mô-men xoắn từ trục từ hóa này sang trục từ hóa khác (từ bộ phận truyền động của khớp nối đến bộ phận được dẫn động). Mômen mô tả lực làm quay một vật. Khi xung lượng góc bên ngoài được tác dụng lên một trục từ tính, nó sẽ điều khiển trục kia bằng cách truyền mô-men xoắn từ tính giữa các không gian hoặc thông qua một hàng rào ngăn chặn không từ tính như một bức tường ngăn cách.
Lượng mô-men xoắn được tạo ra bởi quá trình này được xác định bởi các biến số như:
-Nhiệt độ làm việc
-Môi trường diễn ra quá trình xử lý
-Phân cực từ
-Số cặp cực
-Kích thước của các cặp cực, bao gồm khoảng cách, đường kính và chiều cao
-Độ lệch góc tương đối của các cặp
-Sự dịch chuyển của các cặp
Tùy thuộc vào sự sắp xếp của nam châm và đĩa hoặc rôto, sự phân cực từ là hướng tâm, tiếp tuyến hoặc hướng trục. Mô-men xoắn sau đó được truyền đến một hoặc nhiều bộ phận chuyển động.
Khớp nối từ được coi là vượt trội so với khớp nối cơ học truyền thống về một số mặt.
Thiếu tiếp xúc với các bộ phận chuyển động:
-Giảm ma sát
- Tỏa nhiệt ít hơn
-Tận dụng tối đa năng lượng được tạo ra
- Kết quả ít hao mòn hơn
-Không gây ra tiếng ồn
- Loại bỏ sự cần thiết phải bôi trơn
Ngoài ra, thiết kế kèm theo liên quan đến các loại đồng bộ cụ thể cho phép sản xuất khớp nối từ tính chống bụi, chống chất lỏng và chống gỉ. Các thiết bị này có khả năng chống ăn mòn và được thiết kế để xử lý các môi trường hoạt động khắc nghiệt. Một lợi ích khác là tính năng tách từ tính giúp thiết lập khả năng tương thích để sử dụng ở những khu vực có nguy cơ va đập tiềm ẩn. Ngoài ra, các thiết bị sử dụng khớp nối từ còn tiết kiệm chi phí hơn so với khớp nối cơ học khi được đặt ở những khu vực có khả năng tiếp cận hạn chế. Khớp nối từ là lựa chọn phổ biến cho mục đích thử nghiệm và lắp đặt tạm thời.
Khớp nối từ có hiệu suất cao và hiệu quả cho nhiều ứng dụng trên mặt đất bao gồm:
-Người máy
-Kỹ thuật hóa học
-Dụng cụ y tế
-Lắp đặt máy
-Chế biến thực phẩm
-Máy quay
Hiện nay, khớp nối từ được đánh giá cao về hiệu quả khi ngâm trong nước. Động cơ được bọc trong một rào chắn không từ tính bên trong máy bơm chất lỏng và hệ thống cánh quạt cho phép lực từ vận hành cánh quạt hoặc các bộ phận của máy bơm tiếp xúc với chất lỏng. Sự cố trục nước do nước xâm nhập vào vỏ động cơ có thể tránh được bằng cách quay một bộ nam châm trong hộp kín.
Các ứng dụng dưới nước bao gồm:
-Xe đẩy của thợ lặn
-Máy bơm bể cá
-Các phương tiện dưới nước điều khiển từ xa
Khi công nghệ được cải tiến, các khớp nối từ trở nên phổ biến hơn để thay thế cho các bộ truyền động tốc độ thay đổi trong máy bơm và động cơ quạt. Một ví dụ về ứng dụng công nghiệp quan trọng là động cơ trong các tuabin gió lớn.
Số lượng, kích thước và loại nam châm được sử dụng trong hệ thống khớp nối cũng như mô-men xoắn tương ứng được tạo ra là những thông số kỹ thuật quan trọng.
Các thông số kỹ thuật khác bao gồm:
-Sự hiện diện của rào cản giữa các cặp từ tính, đủ điều kiện cho thiết bị chìm trong nước
-Sự phân cực từ
-Số lượng mô-men xoắn của bộ phận chuyển động được truyền từ tính
Nam châm được sử dụng trong các khớp nối từ được làm bằng vật liệu đất hiếm như boron sắt neodymium hoặc coban samarium. Rào cản tồn tại giữa các cặp từ tính được làm bằng vật liệu không có từ tính. Ví dụ về các vật liệu không bị nam châm hút là thép không gỉ, titan, nhựa, thủy tinh và sợi thủy tinh. Phần còn lại của các bộ phận được gắn vào hai bên của khớp nối từ giống hệt với các bộ phận được sử dụng trong bất kỳ hệ thống nào có khớp nối cơ học truyền thống.
Khớp nối từ chính xác phải đáp ứng mức mô-men xoắn yêu cầu được chỉ định cho hoạt động dự định. Trước đây, sức mạnh của nam châm là một yếu tố hạn chế. Tuy nhiên, việc phát hiện và tăng tính sẵn có của nam châm đất hiếm đặc biệt đang làm tăng nhanh khả năng ghép từ.
Điều cần cân nhắc thứ hai là sự cần thiết của các khớp nối phải được ngâm một phần hoặc toàn bộ trong nước hoặc các dạng chất lỏng khác. Các nhà sản xuất khớp nối từ cung cấp dịch vụ tùy chỉnh cho các nhu cầu đặc biệt và tập trung.
