Magnetische vergrendelmechanismen uitgelegd - deel 3

Magnetische vergrendelmechanismen zijn onder te verdelen in drie categorieën. Deze onderscheiden zich door de manier waarop de mechanismen worden bediend, de hoeveelheid energie die hiervoor nodig is en de ontgrendelkracht die door het veermechanisme kan worden gegenereerd. In de komende weken zullen de drie categorieën worden besproken. Deze week bespreken we de derde categorie:

Permanentmagneten / elektromagneten

A. Conventionele elektromagneten (EM)

Theoretische werking
Conventionele elektromagneten (EM) zijn eenvoudige instrumenten die bestaan uit een gewikkelde spoel (weergegeven in figuur 1 door de spoel en magneetdraad), een magnetische structuur (weergegeven in figuur 1 als het stalen lichaam) en een anker. 

Wanneer er een stroom door de spoel loopt, zal een magnetisch veld worden gegenereerd dat het anker naar het lichaam trekt waarmee de term elektromagneet is verklaard. In veel applicaties is het anker vervangen door een mechanisch systeem waarin de elektromagneet wordt gemonteerd.

Figuur 1: Conventionele elektromagneet met anker

De sterkte van de magnetische kracht die wordt gegenereerd door de EM spoel is afhankelijk van verschillende factoren: 

• De grootte en de magnetische eigenschappen van het lichaam.
• De grootte en het wikkelontwerp van de spoel.
• De hoeveelheid en de duur van de elektrische energie die door de spoel stroomt.
• De mechanische en magnetische eigenschappen van het anker en/of de structuur van het mechanisme dat door de EM wordt aangetrokken.
• De afstand tussen het aangetrokken lichaam en het oppervlak van de EM en
• De vlakheid en oppervlaktegesteldheid van zowel de voorkant van het EM lichaam als het voorwerp dat wordt aangetrokken.

Elektromagneten zijn het meest effectief wanneer ze worden ingezet om een object dicht tegen het oppervlak van het magneetlichaam te houden.

Omdat de kracht van een magneetveld kwadratisch afneemt met de afstand, is een elektromagneet erg ineffectief wanneer wordt getracht een object aan te trekken dat zich op (zelfs maar een kleine) afstand van het EM lichaam bevindt. 

B. Permanentmagneet / elektromagneten (PM/EM)

Theoretische werking
Een permanentmagneet/elektromagneet (PM/EM) heeft eenzelfde opbouw als de conventionele elektromagneet (EM) maar verschilt hiervan door het feit dat een deel van het stalen lichaam is vervangen door een zogenaamde staalkern die aan het einde is voorzien van een permanentmagneet (zie figuur 2).

Figuur 2: Permanentmagneet / Elektromagneet (PM/EM) met anker 

Door een extra permanentmagneet toe te voegen, is deze component in staat om het aan te trekken object ook vast te houden wanneer er géén energie door de spoel stroomt. 

Zoals bij alle permanentmagneet/elektromagnetische componenten kan het aangetrokken object weer worden losgelaten door een kleine hoeveelheid elektrische energie door de PM/EM spoel te laten stromen. Hiervan moet de polariteit omgekeerd zijn ten opzichte van de polariteit van de permanentmagneet. Deze energiepuls verzwakt de magnetische houdkracht van de permanentmagneet waardoor deze het aangetrokken object zich van het lichaam van de PM/EM zal loslaten.

PM/EM componenten worden toegepast in applicaties die een combinatie vereisen van een continue houdkracht zonder de noodzaak continue elektrische energie toe te voeren. Vanuit dit oogpunt bespaart een PM/EM niet alleen energie maar is ook te gebruiken als een ‘failsafe’ component. 

Voorbeeld: wanneer een PM/EM wordt gebruikt in een medisch beeldvormingssysteem, kan het daar de volgende taken vervullen:

a. het vergrendelen van hetgeen in beeld moet worden gebracht (bijvoorbeeld de patiënt in bed) gedurende de procedure
b. het vergrendelen van het beeldvormingsapparaat (bijvoorbeeld de kop van een röntgenapparaat) gedurende de procedure.

In beide gevallen houdt de PM/EM het relevante onderwerp (patiënt in bed / de kop van het röntgenapparaat) veilig in positie. Wanneer er een stroomonderbreking aan de orde is, zijn zowel de patiënt als de bediener van de apparatuur beschermd tegen onverwachte bewegingen.

Auteur: David Stockwell van Magnet Schultz

Lees ook:

Magnetische vergrendelmechanismen uitgelegd - deel 1: Permanentmagneet/ elektromagnetische lineaire actuator
Magnetische vergrendelmechanismen uitgelegd - deel 2: Magnetisch vergrendelmechanisme