Ly hợp từ là gì?
Ly hợp từ là một thiết bị cho phép kết nối và ngắt kết nối giữa hai trục đồng trục. Về mặt hoạt động, ly hợp từ hoạt động giống như ly hợp thông thường và cả hai thiết bị này đều có chức năng gần giống nhau trong hầu hết các máy móc.
Ly hợp điện từ hoạt động bằng điện nhưng truyền mômen bằng cơ học. Đây là lý do tại sao chúng từng được gọi là ly hợp cơ điện. Qua nhiều năm, EM được gọi là điện từ so với cơ điện, đề cập nhiều hơn về phương pháp hoạt động của chúng so với hoạt động vật lý. Kể từ khi ly hợp bắt đầu trở nên phổ biến hơn 60 năm trước, sự đa dạng của các ứng dụng và thiết kế ly hợp đã tăng lên đáng kể, nhưng hoạt động cơ bản vẫn giống nhau cho đến ngày nay.
Ly hợp từ thích hợp nhất cho hoạt động từ xa vì không cần liên kết cơ học để kiểm soát sự tham gia của chúng, mang lại hoạt động nhanh chóng, trơn tru. Tuy nhiên, do năng lượng kích hoạt tiêu tán dưới dạng nhiệt trong bộ truyền động điện từ khi ly hợp hoạt động, nên có nguy cơ quá nhiệt. Do đó, nhiệt độ hoạt động tối đa của ly hợp bị giới hạn bởi định mức nhiệt độ của lớp cách điện của nam châm điện. Đây là một hạn chế lớn. Một bất lợi khác là chi phí ban đầu cao hơn.
Một động cơ hoặc động cơ dẫn động một bánh đà và một đĩa ly hợp, được làm bằng vật liệu có hệ số ma sát cao, được đặt lên trên nó. Sự khác biệt giữa ly hợp từ tính và các mô hình tiêu chuẩn là ở cách đĩa áp suất điều khiển sự gắn kết và tháo rời của đĩa ly hợp với bánh đà. Trong ly hợp thông thường, một lò xo màng được sử dụng để liên kết đĩa ly hợp và bánh đà, trong khi trong ly hợp từ, trường điện từ được sử dụng.
Một ô tô điển hình sử dụng ly hợp thông thường với mục đích chuyển số và truyền mô-men xoắn từ động cơ đến trục khuỷu.
Cấu tạo của ly hợp từ
Có bốn thành phần quan trọng chính của ly hợp từ sau:
- Một trường, hoặc cuộn dây (a field, or coil)
- Rotor tương ứng với bánh đà trong ly hợp thông thường
- Một phần ứng (armature), tương ứng với đĩa ly hợp
- Và một trung tâm, còn được gọi là đầu ra.
Khi cho dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh ra điện từ trường, lực này phải đủ mạnh để thắng lực của lò xo ngăn cách giữa rotor và phần ứng. Trường điện từ này hút phần ứng tiếp xúc với rôto, làm cho phần ứng chuyển động. Nối với phần ứng là trung tâm, được nối với trục thứ hai.
Cấu tạo ly hợp điện từ
Chức năng và hiệu suất của ly hợp từ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau và để ngăn cuộn dây không bị quá nhiệt, điện áp ổn định là điều cần thiết. Các tác động ban đầu của ma sát giữa phần ứng và rotor là một vấn đề được giải quyết bằng cách mài mòn đĩa ly hợp xuống bề mặt và làm cho nó càng trơn càng tốt. Để đạt được thời gian phản hồi nhanh hơn, đây là nơi cuộn dây nhanh chóng nhận được điện áp cao hơn nhiều lần so với định mức tiêu chuẩn. Ví dụ, đặt điện áp ban đầu gấp 15 lần điện áp cuộn dây bình thường sẽ tạo ra thời gian đáp ứng nhanh hơn ba lần so với thời gian đáp ứng tiêu chuẩn.
Một ô tô điển hình sử dụng ly hợp thông thường với mục đích chuyển số và truyền mô-men xoắn từ động cơ đến trục khuỷu. Tuy nhiên, hầu hết các xe ô tô có hệ thống điều hòa không khí sẽ sử dụng ly hợp từ tính để cho phép máy nén khí hút công suất từ động cơ khi điều hòa không khí được bật từ bảng điều khiển. Công nghệ tương tự cũng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống phanh hiệu suất cao.
Xem thêm:
Ly hợp thắng từPhân Loại Ly Hợp Từ
- Ly hợp đơn đĩa
- Ly hợp đa đĩa (Multiple disk clutches)
- Ly hợp rang (Electromagnetic tooth clutches)
- Ly hợp hạt từ/ bột từ (Electromagnetic particle clutches)
- Ly hợp vận hành bằng từ trễ (gọi tắt là ly hợp từ trễ) (Hysteresis-powered clutch)
Trong những loại trên, ly hợp đơn đĩa được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất hiện nay nên các phần sau sẽ tập trung viết về loại ly hợp từ này.
Ly hợp từ hoạt động như thế nào?
Khi cấp điện: khi ly hợp được kích hoạt, dòng điện chạy qua nam châm điện tạo ra từ trường. Phần rotor của ly hợp trở nên từ hóa và thiết lập một vòng từ thu hút phần ứng. Phần ứng được kéo chống lại rôto và một lực ma sát được tạo ra khi tiếp xúc. Trong một thời gian tương đối ngắn, tải được tăng tốc để phù hợp với tốc độ của rôto, do đó tác động đến phần ứng và trung tâm đầu ra của ly hợp. Trong hầu hết các trường hợp, rôto luôn quay với đầu vào mọi lúc.
Khi ngắt điện: khi dòng điện ra khỏi ly hợp, phần ứng quay tự do với trục. Trong hầu hết các thiết kế, lò xo giữ phần ứng ra khỏi bề mặt rôto khi công suất được giải phóng, tạo ra một khe hở không khí nhỏ.
Chu kỳ: được thực hiện bằng cách ngắt dòng điện qua nam châm điện. Hiện tượng trượt thường chỉ xảy ra khi tăng tốc. Khi ly hợp từ hoạt động hoàn toàn, không có hiện tượng trượt tương đối, giả sử ly hợp được đặt đúng kích cỡ và do đó việc truyền mô-men xoắn đạt hiệu quả 100%.
Nguyên lý hoạt động ly hợp từ
Ứng dụng của ly hợp từ:
Máy móc
Loại
ly hợp từ được ứng dụng và sử dụng rộng rãi trong nhiều loại máy móc như một số máy cắt cỏ, máy sao chép và truyền động băng tải. Các ứng dụng khác bao gồm máy đóng gói, máy in, máy photo máy chế biến thực phẩm và tự động hóa nhà máy.
Hầu hết các máy sao chép sử dụng ly hợp từ để hoạt động.
Xe cộ
Khi
ly hợp điện từ được sử dụng trong ô tô, có thể có một công tắc nhả ly hợp bên trong cần số. Người lái xe vận hành công tắc bằng cách giữ cần số để chuyển số, do đó cắt dòng điện tới nam châm điện và ngắt ly hợp. Với cơ chế này, không cần nhấn bàn đạp ly hợp. Ngoài ra, công tắc có thể được thay thế bằng cảm biến cảm ứng hoặc cảm biến khoảng cách cảm nhận sự hiện diện của bàn tay gần cần gạt và ngắt dòng điện. Ưu điểm của việc sử dụng loại ly hợp này cho ô tô là không cần các mối liên kết phức tạp để kích hoạt ly hợp và người lái xe cần tác dụng một lực giảm đáng kể để vận hành ly hợp. Nó là một loại hộp số bán tự động.
Ly hợp điện từ cũng thường được tìm thấy trong hệ thống AWD, và được sử dụng để thay đổi lượng công suất được gửi đến các bánh xe hoặc trục riêng lẻ.
Hầu hết, nhưng không phải tất cả, hệ thống điều hòa không khí ô tô được bật và tắt bằng cách sử dụng ly hợp điện từ. Để kích hoạt máy nén, bộ ly hợp được kích hoạt. Điều này kết nối đầu trục của máy nén điều hòa không khí với một ròng rọc được dẫn động bởi trục khuỷu của động cơ thông qua một dây đai.