磁力驅(qū)動技術(shù)綜述

1、磁力驅(qū)動技術(shù)綜述施性是物質(zhì)的莊本屬性之一研究和應用磁規(guī)象的磁學是門古老血乂邙輕的科學口說他占g是因為盛的現(xiàn)毀發(fā)現(xiàn)很早.磁的應用也很早a磁現(xiàn)彖很早就槪人們加覽現(xiàn)公兀詢約600；|*M/',fl中國人酬發(fā)現(xiàn)一種天然雄石（碓挾石）能吸引鐵的現(xiàn)象"中國春秋時期（公尤前77DMl年）中園人發(fā)明了世界上國古老的司南3披稱旳古代世界四大發(fā)明之一匸十一世紀.我國大科學家沈括就知道利用夭然磁體進行人工8化匸1600年誕國人威哦吉爾伯特捉出地球本身就足-個大ffi體的機念.LL2磁的極性和磁性實驗笈現(xiàn)，風針兩端吸弓I鐵W的能力M別強而施針的中MK域則幾乎不吸引鐵屑.嚴針兩瑞蹴性特別強的區(qū)域稱為雄

2、極【口D如果雄弊能夠fa繞垂tI軸自由轉(zhuǎn)動的話那么砒針曲會指向定的方向、即地球88場的方向指北的談稱為北極.通常用N表可壯指甫的一綃稱為南極.通常用S衣加口磁針之間有相互作用力就（6鐵針與地球這個大確體之間的相互作用一樣，ffll-m性的磁極（N對N或占S對S）相遼排斥*不同極性的眥極（Nws）相互昵引.用確體的周圍存在諧as場，磁體之何的相瓦作川是通過碑場實現(xiàn)的.當把8S體一份為二時聞塊仍然建-個雄鐵，具有兩個不同的極.班究我明.將ns體分割不能得到單獨存左的»極L2磁力驅(qū)動技術(shù)121磁力驅(qū)動技術(shù)的莊木原理及彷點1-2.LJBS力驅(qū)動的基本原理磁）3馳動是以現(xiàn)代碗學的堪術(shù)理論，應用

3、永磁材料或電陋袂所產(chǎn)生的磁力作用,來實現(xiàn)力或轉(zhuǎn)矩(功率)無接觸傳遞的i種新技術(shù)實現(xiàn)這-技術(shù)的裝總稱為磁力驅(qū)動器，或磁力傳動器、磁力耦合器、礎力連軸器等。12.1.2 磁力驅(qū)動和機械驅(qū)動的區(qū)別磁力驅(qū)動和機械驅(qū)動的根本不同點,在于它向傳動部件傳遞轉(zhuǎn)矩和力時,利用磁場透過鐵路工作間隙或隔離套的薄壁傳遞力矩比如磁力驅(qū)動泵和磁力驅(qū)動攪拌反應釜，采用磁力驅(qū)動密封裝置后取消了傳統(tǒng)的機械傳動泵、釜采用的軸為接觸式的動密封裝迓，變動密封為靜密封。因此從根本上消除了傳動軸密封處所產(chǎn)生的泄漏，解決了工業(yè)用泵、釜等設備一孔存在的抱、滴、湖和機械密封發(fā)熱、磨損等一系列問題.為安全可靠輸送或攪拌反應有毒、易燃、易眾、腐蝕

4、以及外種費靈介質(zhì)創(chuàng)造了條件。磁力驅(qū)動技術(shù)的應用(1) 磁力報動技術(shù)的應用特點可將軸傳遞動力的動密封轉(zhuǎn)化為靜密封，丈現(xiàn)動力的零泄館傳遞：可避免振動傳遞，實現(xiàn)平思運行：可實現(xiàn)過磁保護：與剛性聯(lián)軸器相比較，安裝、拆卸、調(diào)試、維修均校方便：可凈化環(huán)境.消除污染，實現(xiàn)文明生產(chǎn)。(2) 碗力驅(qū)動技術(shù)經(jīng)常應用在如卜領(lǐng)域： 磁力制造r.fi?：磁力鑄造，磁力壓力加匸，磁力焊接，磁力切削加匸。 磁力機械工程：碓力機械零件和磁力機械。 隴力具他工程：磁力國防丁程，磁力農(nóng)業(yè)匸程，磁力醫(yī)療工程，碗性H常用品，磁力探傷.(3) 啟力驅(qū)動技術(shù)存在如卜問題： 磁場的存在可F擾周I科的環(huán)境。 磁力驅(qū)動器在啟動過程中易產(chǎn)生滯后

5、。 磴力驅(qū)動器與接觸式密封裝置相比校，效率相對降低。1.2.2 磁力驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀磁力驅(qū)動技術(shù)早在20世紀30年代開始被人們所提出.1943年，Geoffi-ey和CliarlsHoward兄弟設計制造出了第一臺鐵力驅(qū)動泵。20世紀70年代起.磁力驅(qū)動技術(shù)又被一些科技工作者重視和關(guān)注.引起了進一步的深入研究，有了很大的發(fā)展和在匸業(yè)中的逐步應用。如磁力驅(qū)動技術(shù)在泵卜.的應用就是顯著的例。20世紀70年代的磁力驅(qū)動離心泵,主要是采用鐵氧體永磁材料和鋁探鉆水俺材料，這些材料不但存在著易退磁、占用空間大、傳動效率低等缺點,而且造價和維修費用比較離臥因此，在應用上受到了20tU：紀70年代后期

6、隨著稀上水磁材料，如稀土鉆和敎鐵硼等新興永磁材料的發(fā)展和應用，促使破力驅(qū)動技術(shù)仃了迅速的發(fā)展和極大的提島如采用竊鉆永磁材料制成的磁)驅(qū)動器,在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時與采用鐵氧體永磁材料制成的磁力驅(qū)動器相比,其質(zhì)圮差距很大。欽鐵硼永磁材料的磁能積已達到38MGsOe(lGs=10-4T.lOe=79.5775A/m)以上.從而可使磁力驅(qū)動器傳遞轉(zhuǎn)矩(功率)能力提高34倍，傳遞的最大功率已達到400kWa進入20世紀80年代后,磁力驅(qū)動技術(shù)在泵工業(yè)上的應用迅速發(fā)展.磁力驅(qū)動泵已經(jīng)成為石油、化工、制藥等許多領(lǐng)域中的常用設備，英、徳、II、英、意等國對磁力驅(qū)動泵研究和開發(fā)較早。當今國際上磁力報動泵發(fā)展垠快的是

7、徳、英、日、臾等國家。日木上要在7.5kW以卜功率領(lǐng)先.特別是其塑料泵的藝，質(zhì)雖很好I丨本國內(nèi)化工行業(yè)已普遍使用。徳國已發(fā)發(fā)展300kW。英國HMD公訶今年研制的兩級磁力驅(qū)動泵.其流呈為560m3/h揚程為500m,輸送介質(zhì)溫度達205*C,功率達350kW»我國較早開展磁力驅(qū)動泵研制的II肅省科學院碓性器件研究所已經(jīng)先后成功地研制了稀土鉆磁力驅(qū)動器和磁力驅(qū)動泵的系列產(chǎn)品，其技術(shù)水平在某些方佃己經(jīng)達到國際先進水平o該所開發(fā)的新熨組合推拉式稀土鉆磁力驅(qū)動器和磁力驅(qū)動設備C經(jīng)投入大批量生產(chǎn)，在許多工業(yè)部門中得到了廣泛的應用-所生產(chǎn)的確力驅(qū)動泵的功率達到1S5kW流150m3/h揚程達38

8、0m從國內(nèi)外磁力驅(qū)動泵的發(fā)展情況看，H前的發(fā)展趨勢是由小功率向大功率方向發(fā)展，在使用的技術(shù)耍求以及產(chǎn)晶的結(jié)構(gòu)設訃、內(nèi)在質(zhì)魚、工藝性能等方面也越來越高。近年來正在開發(fā)的特種工程用塑料雄力驅(qū)動泵.特別是小型泵.發(fā)展卜分迅速。這種乘型不但成本低1何且制造工藝比校簡也。例如，英INT叩ton泵公«j開發(fā)的高揚程穗力驅(qū)動泵，其零件采用聚丙烯或耐化學性能的聚偏二喩乙烯注塑成型.泵売耐壓1.5MPa，耐液溫1509。現(xiàn)階段，我IH礎力馳動泵的發(fā)展趨勢除門血大力開發(fā)咐強腐蝕性介質(zhì)的磁力驅(qū)動製料襯里泵.采用聚四氟乙烯等工程型料、陶瓷復合等材料.以滿足我國化工行業(yè)的需求外，還應當開發(fā)并采用以太陽能為能源

9、的磁力報動泵以開發(fā)大功率耐高壓、高溫的磁力驅(qū)動泵.其耐壓能力應達到50MPa,介質(zhì)溫度應達到5叩9，電機功率應達到300kW«此外開發(fā)以永破電機驅(qū)動的磁力驅(qū)動泵的應用提到1丨程®隨若磁力驅(qū)動技術(shù)的應用、開發(fā)和研究，進一步開擠了磁力驅(qū)動技術(shù)的應用領(lǐng)域，反W攪樣釜、真空設備、高速機床、閥門傳動機構(gòu)、液壓傳動機構(gòu)、儀器儀表、檢測機構(gòu)等設備和裝置，已經(jīng)得到了廣泛的應用.啟力驅(qū)動技術(shù)發(fā)展至今，人們對它已產(chǎn)生了較新的認識，設計與技術(shù)較為成熟，匸藝、生產(chǎn)較為完善，磁力驅(qū)動技術(shù)的應用也仃了很大的發(fā)展，為磁力驅(qū)動技術(shù)的深出次研究號發(fā)展奠定了校好的基礎。1.2.3磁力驅(qū)動技術(shù)而臨的關(guān)鍵問題(1

10、) 磁場強度的仃限元計算現(xiàn)今的傳動扭矩II知是采用實驗的方法，衍出含仃一匹系數(shù)的加人扭矩計算式。有的是半理論半經(jīng)驗公式,誤差較大，為安全起見.往往加大安全系數(shù),結(jié)果藝耗費了磁性材料.磁力驅(qū)動器傳動扭矩的大小取決于磁場強度的強弱，磁場強度完金可以用礎荷積分數(shù)值解求得。為求馮粘確解要求確件材料制適廠保證毎塊磁體的磁性能耍具仃-致性、均勻性。(2) 軸承的壽命我國大型磁力泵的便用表明:它的不成功或不可靠主要原因來自軸承。軸承的潤滑劑是被密封的工藝流體.真空中則無潤滑?；瑒虞S承的材料必需耐磨損、耐腐蝕、"潤滑。磁力泵的內(nèi)軸承推薦采用介質(zhì)潤滑的碳化硅陶瓷軸承(滑動軸承、滾動軸承)，碳化硅軸承不

11、僅承載能力島，還具仃超常的耐腐濁、耐擁損、良好的耐熱性能，使泵的輸送介質(zhì)范圉從潔凈液體擴人到含腐蝕性顆粒運行記錄表明，平均壽命3-5年，運行10年亦非少見。一個窠出的例子是梟國新罕布什刻料廠一臺輸送338"機溶液磁力泵在運轉(zhuǎn)14年后才首次更換紬承冏.材料的制造要考慮強氧化劑的腐蝕.結(jié)構(gòu)設訟考慮與軸材料線膨脹系數(shù)的不同。國產(chǎn)軸承部件的使用壽命第一步要達到機械密対件的壽命，最終實現(xiàn)加低壽命500011.(3) 高溫問題由磁性材料性能限制，NdFeB的匸作溫度在15(TC以內(nèi)，SmCo(2:17熨)工作溫度可達300-C.超出此極限，可采用冷卻措施。重要的是發(fā)展渦流型聯(lián)軸器，渦流空聯(lián)軸器的

12、內(nèi)磁體不接觸過程流體，匸作溫度可達45LC【忙(4) 監(jiān)控問題目前應用中的主要問題是:大中功率的傳動峽乏安全可靠性,滑動軸承壽命低，磨損后間隙增大，導敘內(nèi)外磁件與隔離套碰懈，造成碗體退磁如不及時停機則產(chǎn)生嚴亜后果。今后的產(chǎn)品應隨機配哉監(jiān)測控制系統(tǒng)，一只發(fā)牛超載滑脫、憔損、腐蝕、溫度超過許可值，由傳感器發(fā)出的仿號，經(jīng)放大發(fā)送到控制開關(guān)，系統(tǒng)會tl動報警或停機。(5) 渦流問題金屈隔離套在變化磁場中要產(chǎn)生感應電流，此感應電流在隔離套內(nèi)fl行封閉,形成渦流.渦流的磁場方向與永磯場方向相反.形成反力矩并產(chǎn)生大量的熱，使機器效率降低.準確計算出渦流扭失的大小,采取右效的措施.磁力傳動的效率可以有很大的提

13、高。這也是我國鐵傳動業(yè)落后于其它業(yè)發(fā)達國家，砒傳動產(chǎn)品打不開幣場的原因z隴力傳動在我IN應用也步較晚.發(fā)展較慢.推廣該技術(shù)右一定的陽力。其中與認識問題，也仃技術(shù)問題。上述五方浙問題在產(chǎn)品開發(fā)中如能注意解決，則會増加產(chǎn)品的可靠性、安全性.降低產(chǎn)品的銷售價格。破力驅(qū)動器是應用水磁材料或電磁鐵所產(chǎn)生的磁力作用，來實現(xiàn)力或轉(zhuǎn)矩(功率)無接觸傳遞的一種新型磁力傳動裝置,如何客觀、科學地計算磁力驅(qū)動器的渦流是IN內(nèi)外磁力驅(qū)動器研究的匣耍課題。由于磁力驅(qū)動器的氣隙礎場對渦流仃很大的莎響IM此木文首先對氣隙磁場進行系統(tǒng)分析。然后，從電磁場的星本理論出發(fā)計舁惻盤式碗力報動器的謁流，并應用仃礙卩元法驗證木文計笄結(jié)果的正確性。本文的主要研究內(nèi)容如卜：1浪抑:磁場的基木理論和磁力驅(qū)動的相關(guān)理論，研究礎力驅(qū)動技術(shù)和磁力驅(qū)動器的匸作機理：2. 根抑;電碗場解析計咫中水磁體的數(shù)學模型，對常用的等效電流法和等效磁荷法進行對比。針對本文所研究的模型.采用等效而電流模型建立磁力驅(qū)動器氣隙確場的理論