צימודים מגנטיים הם צימודים ללא מגע המשתמשים בשדה מגנטי להעברת מומנט, כוח או תנועה מאיבר מסתובב אחד לאחר. ההעברה מתבצעת דרך מחסום בלימה לא מגנטי ללא כל קשר פיזי. הצימודים הם זוגות מנוגדים של דיסקים או רוטורים המוטבעים במגנטים.
השימוש בצימוד מגנטי מתחיל בניסויים מוצלחים של ניקולה טסלה בסוף המאה ה-19. מנורות מוארות אלחוטיות של טסלה באמצעות צימוד אינדוקטיבי תהודה שדה קרוב. הפיזיקאי והמהנדס הסקוטי סר אלפרד יואינג קידם עוד יותר את התיאוריה של אינדוקציה מגנטית בתחילת המאה ה-20. זה הוביל לפיתוח של מספר טכנולוגיות באמצעות צימוד מגנטי. צימודים מגנטיים ביישומים הדורשים פעולה מדויקת וחזקה יותר התרחשו בחצי המאה האחרונה. הבשלות של תהליכי ייצור מתקדמים והזמינות המוגברת של חומרים מגנטיים של אדמה נדירה מאפשרת זאת.
בעוד שכל הצימודים המגנטיים משתמשים באותן תכונות מגנטיות וכוחות מכניים בסיסיים, ישנם שני סוגים הנבדלים זה מזה בעיצובם.
שני הסוגים העיקריים כוללים:
-צימודים מסוג דיסק הכוללים שני חצאי דיסק פנים אל פנים המוטבעים בסדרה של מגנטים שבהם מומנט מועבר על פני הפער מדיסק אחד לשני
-מצמדים מסוג סינכרוני כגון מצמדי מגנט קבועים, מצמדים קואקסיאליים ומצמדי רוטור שבהם רוטור פנימי מקונן בתוך רוטור חיצוני ומגנטים קבועים מעבירים מומנט מרוטור אחד לשני.
בנוסף לשני הסוגים העיקריים, צימודים מגנטיים כוללים עיצובים כדוריים, אקסצנטריים, ספירליים ולא ליניאריים. חלופות צימוד מגנטי אלו מסייעות בשימוש במומנט וברעידות, המשמשים במיוחד ביישומים לביולוגיה, כימיה, מכניקת קוונטים והידראוליקה.
במונחים הפשוטים ביותר, צימודים מגנטיים פועלים תוך שימוש בתפיסה הבסיסית שקוטבים מגנטיים מנוגדים מושכים. המשיכה של המגנטים מעבירה מומנט מרכזת ממוגנטת אחת לאחרת (מהאיבר המניע של הצימוד לאיבר המונע). מומנט מתאר את הכוח המסובב עצם. כאשר מומנטום זוויתי חיצוני מופעל על רכזת מגנטית אחת, הוא מניע את השני על ידי העברת מומנט מגנטית בין החללים או דרך מחסום בלימה לא מגנטי כגון קיר מפריד.
כמות המומנט שנוצרת בתהליך זה נקבעת על ידי משתנים כגון:
-טמפרטורת עבודה
-סביבה שבה מתרחש עיבוד
-קיטוב מגנטי
-מספר זוגות מוטות
-מידות של זוגות מוטות, כולל מרווח, קוטר וגובה
-היסט זוויתי יחסי של הזוגות
-הזזה של הזוגות
בהתאם ליישור המגנטים והדיסקים או הרוטורים, הקיטוב המגנטי הוא רדיאלי, משיק או צירי. לאחר מכן מומנט מועבר לחלק נע אחד או יותר.
צימודים מגנטיים נחשבים עדיפים על צימודים מכניים מסורתיים בכמה אופנים.
חוסר מגע עם חלקים נעים:
-מפחית חיכוך
- מייצר פחות חום
-מנצל את הכוח המופק בצורה מקסימלית
-התוצאה היא פחות בלאי
-לא מייצר רעש
-מבטל את הצורך בשימון
בנוסף, העיצוב המצורף הקשור לסוגים סינכרוניים מסוימים מאפשר לייצר צימודים מגנטיים כעמידים בפני אבק, עמידים בפני נוזלים ועמידים בפני חלודה. המכשירים עמידים בפני קורוזיה ותוכננו להתמודד עם סביבות הפעלה קיצוניות. יתרון נוסף הוא תכונת פריצה מגנטית המבססת תאימות לשימוש באזורים עם סכנות פוטנציאליות להשפעה. בנוסף, התקנים המשתמשים במצמדים מגנטיים חסכוניים יותר מאשר צימודים מכניים כאשר הם ממוקמים באזורים עם גישה מוגבלת. צימודים מגנטיים הם בחירה פופולרית למטרות בדיקה והתקנה זמנית.
צימודים מגנטיים יעילים ויעילים ביותר עבור יישומים רבים מעל הקרקע, כולל:
-רובוטיקה
-הנדסה כימית
-מכשירים רפואיים
-התקנת מכונה
-עיבוד מזון
-מכונות סיבוביות
נכון לעכשיו, צימודים מגנטיים מוערכים ביעילותם כשהם שקועים במים. מנועים העטופים במחסום לא מגנטי בתוך משאבות נוזלים ומערכות מדחף מאפשרים לכוח המגנטי להפעיל את המדחף או חלקי המשאבה במגע עם נוזל. כשל בפיר המים הנגרם על ידי פלישת מים לבית מנוע נמנע על ידי סיבוב סט מגנטים במיכל אטום.
יישומים מתחת למים כוללים:
-רכבי הנעה צוללנים
-משאבות לאקווריום
-כלי רכב תת ימיים המופעלים מרחוק
ככל שהטכנולוגיה משתפרת, צימודים מגנטיים הופכים נפוצים יותר כתחליף לכוננים במהירות משתנה במשאבות ובמנועי מאווררים. דוגמה לשימוש תעשייתי משמעותי היא מנועים בתוך טורבינות רוח גדולות.
מספר, גודל וסוג המגנטים המשמשים במערכת צימוד כמו גם המומנט המתאים המיוצר הם מפרטים משמעותיים.
מפרטים נוספים כוללים:
-נוכחות של מחסום בין הזוגות המגנטיים, המכשיר את המנגנון לטבול במים
-הקיטוב המגנטי
-מספר המומנט של החלקים הנעים מועבר בצורה מגנטית
המגנטים המשמשים בחיבורים מגנטיים מורכבים מחומרי אדמה נדירים כגון בורון ברזל ניאודימיום או קובלט סמריום. מחסומים הקיימים בין הזוגות המגנטיים עשויים מחומרים לא מגנטיים. דוגמאות לחומרים שאינם נמשכים על ידי מגנטים הם נירוסטה, טיטניום, פלסטיק, זכוכית ופיברגלס. שאר הרכיבים המחוברים לשני הצדדים של הצימודים המגנטיים זהים לאלה המשמשים בכל מערכת עם צימודים מכניים מסורתיים.
הצימוד המגנטי הנכון חייב לעמוד ברמת המומנט הנדרשת שצוינה עבור הפעולה המיועדת. בעבר, חוזק המגנטים היה גורם מגביל. עם זאת, הגילוי והזמינות המוגברת של מגנטים מיוחדים לאדמה נדירה מגדילה במהירות את היכולות של צימודים מגנטיים.
שיקול שני הוא הצורך של הצימודים להיות שקועים חלקית או מלאה במים או בצורות אחרות של נוזל. יצרני צימוד מגנטי מספקים שירותי התאמה אישית לצרכים ייחודיים ומרוכזים.
