磁耦合

磁耦合

磁耦合是一种能够通过空间传输力而无物理接触的装置。 利用有吸引力和排斥的磁力以线性或旋转方式执行工作。 在其最简单的形式中，磁耦合由两个部件组成：驱动器和跟随器。

        驱动器是连接到原动机（电动机）的机构部分。 通过磁相互作用，跟随器对驱动器的运动作出反应，导致机械能的非接触传输。 这种非接触式电力传输具有多个益处，包括但不限于：

组件的隔离
    通过磁性阻尼最小化或消除机械振动
    o允许在驱动器和从动件之间插入机械屏障以分离环境并允许在压差下操作
    2.高度容忍原动机和负载之间的不对准
    o轴向
    o径向
    o角度
    3.原动机与负载之间的速度变化和调节

1，磁耦合分类

根据设备的预期用途，可提供三种磁耦合分类：
    类1 - 同步
    类2 - 涡流
    等级3 - 滞后

同步（1类）

顾名思义，这种耦合是同步版本，固有地导致驱动器和跟随器的运动之间的1：1关系。正如在小学校所教导的，像磁极（北北和南南）彼此排斥，而相反的极（南北）吸引。同步耦合利用这些“吸引”和“排斥”特性来产生运动。通过在驱动器上放置交替极永磁体（NSNS）的阵列并在从动件上放置交替极永磁体的等效阵列，产生“耦合”磁路，驱动器中的每个北极和南极分别连接到每个，南极和北极的追随者。当驱动器相对于从动件移动时，磁极开始彼此重叠，导致“推挽”效应，以及随后的运动。合力的大小不仅取决于重叠量，而且还取决于所选磁性材料的特性和驱动器与跟随器之间的间隔距离。然而，在一些位移处，实现了耦合的峰值力产生能力。超过这一点的位移导致解耦。这种解耦表现为由于类似的磁极产生的棘轮作用，驱动器和从动件彼此排斥。然而，与其机械等效物不同，解耦通常不会导致永久损坏;并且在下一个磁极耦合点处重新开始同步。

涡流电流（Class 2）

        该耦合是一种异步版本，其依赖于驱动器和跟随器之间的速度不匹配以产生力。 交替极永磁体（N-S-N-S）的阵列放置在驱动器或跟随器上，并且导电材料（通常为铝或铜）放置在配合部件上。 当驱动器相对于从动件平移时，在导电材料中感应出电流，这导致与永磁体相对并且“耦合”两个部件的磁场。 安培定律控制感应电场和合成磁场之间的关系。

合力的大小直接与：
    1.两个部件之间的速度差
    2.磁性材料特性
    3.导电介质的电阻率
    4.驱动器和跟随器之间的距离。
    与同步耦合（1类）不同，该异步版本是“有损”器件，并且易于由感应电场导致的欧姆损耗加热。

滞后（3级）

        作为1类和2类技术的混合，这种耦合通常以异步方式用作力限制器，但是可以在同步状态下使用。 交替极永磁体（N-S-N-S）的阵列被放置在驱动器或从动件上，并且被称为Hysterloy的容易磁化/去磁的材料被放置在配合部件上。 在静止时，永磁体阵列被设计为磁化所述子午线，产生同步耦合的磁路*。 如果这些力足以满足应用，则该耦合将在同步状态下操作。

        *由于Hysterloy的磁特性，容积力密度可以低于1级耦合的数量级。

        然而，如果原动机引起超过该同步操作状态的力，则驱动器与从动件分离并开始相对于从动件移动。该运动使得该Hysterloy通过其配合部件上的永磁体循环通过其磁化回路（磁化 - 去磁化 - 磁化），该永磁体现在相对于其平移。类似于2类涡流耦合，来自永磁体的磁场被利用和转换。然而，与来自磁场的能量被转换为流动电流（和热）的涡流耦合不同，在Hysterloy的磁化回路（磁滞回线）周围的循环进展利用磁能来转换Hysterloy的磁化状态材料从北极到南极。作为能量转换机构上的这种变型的结果，滞后耦合不太容易（尽管不完全排除）欧姆加热。

        与当同步耦合超过其同步力阈值时经历“棘轮效应”的完全同步耦合不同，该耦合继续以异步速度平滑地操作，同时保持力阈值。 这是在没有2类耦合固有的欧姆加热的情况下实现的。 因此，这种3类耦合提供了可以解耦并在异步状态下操作的同步解决方案。
磁耦合器能够线性和旋转地传递力。 因此，除了选择所需的耦合等级（同步，涡流或滞后）外，还需要指定耦合类型。 存在两种类型的联轴器：

       •类型1 - 扭矩
        •类型2 - 线性

        如其名称所暗示的，扭矩联轴器（类型I）用于旋转地传递力，而线性联轴器（类型II）用于线性地传递力。 如可以预期的，每个耦合类型还具有可以用于满足设计意图的各种几何拓扑。 这些配置的详细信息如下。

扭矩联轴器
•同轴 - 这些类型的磁性联轴器被配置成使得联轴器的一个构件完全嵌套在第二构件的ID内。 两个部件共享围绕其旋转的公共轴线。
    o轴向不对中 - 非常宽容。
    1.事实上，如果需要，它可以容易地设计成适应非常大的轴向不对准。
    2.膝关节不对中 - 容忍。
    a。公差的大小基于驱动器和跟随器之间的间距。 间距越大，对径向未对准的公差越大。 紧密间隔的耦合中的大径向偏移可能导致轴承上的过度径向负载。
    3.角度不对中 - 容忍
    a。公差的大小基于驱动器和跟随器之间的间距。 间距越大，对角偏差的公差越大。

        面对面 - 这些类型的磁耦合器被配置成使得磁通量围绕圆柱形组件的平坦端面传递。 两个部件被轴向地吸引到一个和另一个，并且通常需要附加的推力轴承支撑以用于适当的集成。
    1.轻微偏差 - 轻微偏差。
    a。扭矩传递量与设计中使用的磁体的轴向间距和数量成正比。 气隙的小变化可能导致扭矩的大变化
    2.Radial错位 - 高度容忍。
    3.角度不对中 - 容忍
    a.由于扭矩输出和轴向间距之间的关系，高角度失准可能导致扭矩意外降低

直线联轴器

    •管式 - 这些类型的磁性联轴器配置为使得联轴器的一个构件完全嵌套在第二构件的ID内。这两个部件共享一个公共轴，两者平移。
    o轴向偏差 - 公差。
    1.固有地，线性耦合轴向对准。因此，任何未对准将导致驱动器将随动件拉动到位。
    2.膝关节不对中 - 容忍。
    a。公差的大小基于驱动器和跟随器之间的间距。间距越大，对径向未对准的公差越大。在紧密间隔的耦合中的大径向偏移可能导致轴承或轴上的过度径向负载。
    3.角度不对中 - 容忍
    a。公差的大小基于驱动器和跟随器之间的间距。间距越大，对角偏差的公差越大。
    ○平面 - 这些类型的磁性联接器被配置成使得磁通量围绕磁性组件的平坦端面传递。两个部件被吸引到一个和另一个，并且通常需要附加的推力轴承支撑以便正确地集成。

      平面（运动方向）不对中 - 公差。
    a。固有地，线性耦合轴向对准。因此，任何未对准将导致驱动器将随动件拉动到位。
    2.平行（垂直于运动方向）不对准 - 非常宽容
    如果需要，可以生成设计来约束2自由度
    3.角度不对中 - 容忍
    a。角度失准量取决于两个构件之间的气隙

帮助我设计

1.需要什么类型的耦合？

        线性

2.扭矩

    你正在考虑什么拓扑？
    面对面（扭矩耦合）
    同轴（扭矩耦合）
    管状（线性耦合）
    平面（线性耦合）
3.你想传递多少力或扭矩？
4.你在考虑什么类型的耦合？
    I类 - 同步
    2. II级 - 涡流
    III类 - 迟滞
联轴器将以什么速度行驶？ （速度或RPM）
    6.驾驶员和追随者之间是否有障碍物？如果是，你想设计什么压力差？
    7.这个耦合器在什么温度范围内工作？
    8.是否需要考虑腐蚀性元素或液体？如果是，它们是什么类型？
    9.几何要求：
    驱动程序
    轴尺寸
    2.安装类型
    1.安装螺丝和键
    2.压缩（螺纹轴端）
    3.锥形锁（不适用于所有尺寸）
    3.最大。 OD
    4.最大。 长度
    2.追随者
    轴尺寸
    2.安装类型
    1.安装螺丝和键
    2.压缩（螺纹轴端）
    3.锥形锁（不适用于所有尺寸）
    3.最大。 长度
    轴承支承（径向和轴向）通常设置在联接系统的外部，但是可以容纳在设计中。 轴承支撑是否需要设计到联轴器中？
    11.是否需要动态平衡（用于旋转系统）？
    材料
    1.磁性材料 - 取决于应用。 通常基于耐热和耐腐蚀性要求

2.导电材料 - 通常基于成本和尺寸限制

3.驱动器和从机结构 - 取决于应用。 通常基于耐腐蚀性和成本约束。

4.屏障 - 通常基于压力和速度要求

帮助我设计

1.可以在没有压力屏障的情况下使用联轴器吗？
        是。 仅在两个部件之间预期有压力差或者必须密封区域时才需要压力屏障

2.迟滞和涡流耦合的扭矩/速度特性是什么？
        涡流装置具有直线扭矩 - 速度特性，其中扭矩随着速度线性增加，因为感应电流在幅度上随旋转场的速度而变化。 涡流电流转矩耦合将能量转换成导电装置中的热量。 如果热量不消散，它将增加导电装置的温度，导致非线性（参见所附的扭矩曲线）。 在滞后拉力装置中，理论上，每转完成的功是恒定的并且与时间无关，导致转矩相对于转速是恒定的。 如果滞后分量是导通的，它也将产生涡流转矩。 如附图所示，涡流转矩与转速成比例。

3.这些联轴器有速度限制吗？
        耦合的最大速度非常难以量化。 这取决于设计和应用。 在机械上，系统可以被设计和制造成处理实际上任何速度（平衡和条带）。 在导电介质中感应的涡流通常是任何磁耦合中的限制因素。 这些涡流导致减小的力传递和加热，其可以在非常高速度的应用中与感应加热器的效率相抗衡。

4.这些设备有尺寸限制吗？
实际上可以生产任何尺寸和形状。 扭矩耦合范围从mNm范围到kNm范围已经设计和制造。 还设计和制造了从mN到kN范围的线性耦合。

5.磁耦合器是自支撑还是浮动？
        磁学是一个棘手的话题，适合于悬浮的想法。 不幸的是，磁场永远不会完美平衡，并且总是导致组件转移到最低能量状态。 因此，所有磁耦合需要通过径向和推力轴承的全面机械支撑。

6.如果超过我的联轴器的力/转矩额定值，会发生什么？
        幸运的是，由于这些设备的非接触性质，它们固有地容忍过载。 对于同步装置（I类），过载导致棘轮效应，如同极相互排斥。 如果振动不会导致系统损坏，一旦负载恢复正常，设备将重新耦合（扭矩耦合）或重置（线性耦合）。 对于涡流装置（II类），由于涡流加热可能导致永久性损坏。 损坏和加热的量与过载激活的时间量成比例。 对于短持续时间，系统将简单地重新耦合。