磁気粉末ブレーキの工作原理

磁気粉末ブレーキの工作原理は、微細な磁気粉末を満たした密閉隙間内でローターを回転させ、次にコイルを励磁して粉末がローターをハウジングに制御可能な抵抗トルクで結び付けることで、巻出しロールのウェブテンションを保持します。すべて摩耗する摩擦面なしです。結果は、親ロールが空になるにつれてテンションコントローラがリアルタイムで微調整できる、滑らかで非接触の制動です。本記事では、部品・磁気結合の原理・およびブレーキがコンバーティングラインのどこに位置するかを順を追って説明します。

磁気粉末ブレーキの核心部品

磁気粉末ブレーキは少数の密閉構成部品から作られます。入力ローターまたはシャフトは巻出しロールと共に回転します。それを囲むのは励磁コイルを担う固定磁場ハウジングです。ローターとハウジングの間には、ミクロンサイズの磁性粒子――典型的には軟鉄粉――が詰められた薄い環状隙間があります。シールされた軸受セットにより、コイルオフ時にローターは自由に回転し、全体アセンブリは密閉されて粉末が決して漏れ出したりウェブを汚染したりしません。

コイルは唯一の能動的な電気部品です。電流が流れると隙間は制御された磁場で満たされ、電流がゼロのとき粉末は緩みローターはほぼ自由に回転します。パッド・ディスク・空圧要素がこすり合うものがないため、通常の滑り使用で本質的に摩耗するものはありません。

磁気結合の原理

仕掛けは、磁気粉末が磁場が印加されるまで流体のように振る舞うことです。コイルが非励磁のとき、粒子は緩く存在し、ローターはハウジングに対して非常に小さなドラグで滑り抜けます。コイルを励磁すると、磁場線が粒子を引き寄せて緩い鎖を作り、ローターとハウジングを橋渡しします。その鎖が回転ローターから固定ハウジングへトルクを伝達し、磁場が強いほど結合は強くなります。

決定的に重要なのは、伝達トルクがコイル電流にほぼ直線的に増加することです。その直線性こそが、ブレーキをテンション制御に非常に有用にするものです。コントローラは、電流を調整するだけで定格範囲内の任意の値にトルクを設定でき、ロールが回転する間連続して行えます。ローターはハウジングに対して滑り続け、その滑りは機械的摩耗ではなく密閉ユニット内の熱として吸収されます。

巻出しステーションでのブレーキの位置

スリッティングまたは巻取り機では、巻出しステーションが親ロールからプロセス部へウェブを供給します。ロールが繰り出されるにつれてその半径は縮小するため、同じライン速度を保つには固定テンションを保持するトルクがより少なくて済みます。巻出しシャフトに取付けられた磁気粉末ブレーキは、そのテンションを安定させるためにちょうど十分に回転に抵抗し、一方磁気粉末クラッチが巻取側で巻取を駆動する鏡像の仕事をします。両者がラインを挟み込み、スリッティングナイフを通じてウェブを平らに保ちます。

ブレーキは、ライニングが摩耗したり空気圧がドリフトしたりしてトルクを失う古い摩擦または空圧ブレーキを置き換えます。そのトルクが磁場から来るため、調整なしでターンごとにセットポイントを保持します。

ロールが空になるにつれてテンションを保持する仕組み

ブレーキが供給しなければならないトルクは、ウェブテンションに現在のロール半径を乗じた値に等しくなります。巻出しの開始時は親ロールが満径であるためトルク要求はピークにあり、終了時には小さなコアしか残らず要求はそのピークの数分の1に落ちます。コントローラはウェブテンションセンサから実際のテンションを読み取り、抵抗トルクが常に生要求と一致するようにコイル電流を微調整します。

これがウェブテンション制御システムが重要である理由です。ブレーキは単なるアクチュエータであり、その周囲のループがテンションをどれほど安定して保持するかを決定します。開ループと閉ループのテンション制御の選択が、直径が変化するにつれて巻出しテンションがセットポイントにどれほど厳密に追従するかを設定します。

ブレーキとクラッチ：同じ考えの2つの側面

磁気粉末ブレーキと磁気粉末クラッチは同じ物理を共有します。両者とも磁化した粉末を使ってエアギャップを越えてトルクを伝達します。違いは用途の方向です。ブレーキは回転に抵抗して巻出しロールを減速または保持し、クラッチは一定速度の入力を遅くなる巻取に駆動します。磁気粉末クラッチの工作原理を理解していれば、ブレーキもすでに理解しています。変わるのは取付けと制御の符号だけです。

両者とも粉末結合に依存するため、機械ブレーキのような粉塵や保全負荷を発生させません。それが、フィルム・箔・紙・不織布ラインを稼働する工場が、両巻取ステーションに粉末デバイスを標準化しつつある理由です。

コンバーティングラインで摩耗のない滑りが重要な理由

連続滑りはブレーキの目的ですが、滑りはまたエネルギーが熱に変わることも意味します。機械ブレーキではその熱はパッドの摩擦から来て、摩耗し焼き付き、最終的に故障します。そして摩耗はトルク曲線を変え、テンションがドリフトします。磁気粉末ブレーキは熱を密閉された非接触隙間内に置くため、そのトルクはユニットの寿命を通じて安定します。ブレーキが滑り電力に対して過小容量の場合、過熱してトルクを失う可能性があり、それは磁粉ブレーキの過熱原因と対策のガイドで扱っています。

安定し予測可能なトルクはまた、巻取中にウェブテンションが一定に保たれる理由でもあり、粉末ブレーキが巻出しを扱うときです。慣らし期間も、スケジュールすべき定期的なライニング交換もありません。

容量決めと制御の基本

ブレーキの容量決めは巻出しの最悪ケースから始まります。ピークトルクはピークウェブテンション×最大ロール半径に等しく、熱定格は全運転を通じて滑り電力を吸収しなければなりません。磁気粉末ブレーキのトルク計算方法の記事が数式を説明し、ウェブテンション制御システムの役割がコントローラがループを閉じる方法を説明します。実際にはピーク要求から容量決めし、ロールが空になるにつれてコントローラに電流を絞らせます。

ブレーキとクラッチを一緒に必要とするライン向けには、同じ粉末技術が一致したセットを供給し、単軸と中空シャフト構造の選択はブレーキが巻出しシャフトにどう取付けられるかによります。単軸磁粉ブレーキおよび中空シャフト磁粉ブレーキのガイドで取付けオプションを説明しています。

結論

磁気粉末ブレーキの工作原理は、コイルを使って回転ローターと固定ハウジングの間の隙間の微細な粉末を磁化し、その磁化した粉末が摩耗面のない精密で電流制御された抵抗トルクを伝達することです。それを巻出しシャフトに取付け、テンションセンサとコントローラでループを閉じ、平均ではなくピークトルクと滑り電力で容量決めしてください。それを適切なウェブテンション制御システムおよび、巻取にレーンごとの釣り合いが必要な場合はデフレンシャルシャフトと組み合わせれば、満巻からコアまで安定したしわのない巻出しテンションが得られます。XW Machineryにお問い合わせいただき、ライン速度・ウェブテンション・ロール寸法をお知らせいただければ、お客様の機械に合わせたブレーキを指定します。