永磁傳動器設(shè)計制造中的幾個問題

永磁傳動器設(shè)計制造中的幾個問題1、永磁傳動器的概述

永磁傳動器作為非機械聯(lián)接,靠磁力實現(xiàn)原動機與工作機的同步回轉(zhuǎn),僅僅作為傳動應用的很少,它的特種功能是向封閉空間傳遞運動或動力,從而實現(xiàn)全封閉或絕對密封。永磁傳動在石油化工、真空、航天、潛水、飲食、醫(yī)藥、電影、電鍍、儀表等行業(yè)已得到應用。其中處理易燃易爆、有毒、腐蝕、貴重的工業(yè)流體的過程設(shè)備,如泵、閥門、反應器則是永磁傳動器的最正確用場。

工業(yè)發(fā)達國家80年代加強了放射性污染的控制,公眾環(huán)境意識的增強,設(shè)備過程的管理者關(guān)注改善裝置的安全性,磁力泵便成為用戶的最正確選擇。愈來愈多的泵制造商在自己的產(chǎn)品系列中增添了磁力驅(qū)動泵。隨著磁性材料的發(fā)展和永磁傳動技術(shù)上的突破,可靠性和經(jīng)濟性有了驚人的提高。90年代磁力泵的應用從簡單的低功率、常溫與低壓場合發(fā)展到如今可達350kW、450℃及25MPa的高操作水平。

我國永磁傳動技術(shù)的研究與應用起步較晚,可以說比英國HMD無密封公司要滯后30年?，F(xiàn)有的產(chǎn)品規(guī)格較少,市場占有份額也小,用戶對它缺乏認識。主要原因是一次性成本高,企業(yè)對永磁傳動技術(shù)不了解,加之產(chǎn)品缺乏可靠性,使企業(yè)的經(jīng)營者和操作人員不敢問津。

隨著環(huán)境保護法的公布執(zhí)行,工業(yè)發(fā)達國家越來越多地采用磁力傳動技術(shù)。英國HMD公司在世界已銷售了大約7萬臺磁力泵,每年銷售額2800萬英磅。由于磁力泵提供了絕對密封的操作,節(jié)約了資源,減少了維護運行成本,帶來了環(huán)境效益。再者磁力泵耗用永磁材料遠遠超過永磁電機,因此永磁傳動器是永磁材料的潛在市場。設(shè)計制造出高質(zhì)量的磁傳動產(chǎn)品,滿足國民經(jīng)濟各部門的需要,同時拉動永磁材料制造業(yè)的經(jīng)濟增長,在技術(shù)上要著力解決以下幾個問題。2、永磁傳動器的磁性材料的性能

永磁傳動器要求磁性材料要具有高的磁性能,磁性能的一致性,溫度、化學的穩(wěn)定性,幾何尺寸的準確性。

現(xiàn)代機械朝著大扭矩、高轉(zhuǎn)速、小型化方向發(fā)展,作為傳動器用的永磁體,力求單位質(zhì)量內(nèi)傳遞的扭矩要大。磁性材料要求高的剩磁Br,矯頑力HcB及磁能積(BH)max。設(shè)計者往往只注重Br指標(因力矩T∝Br2),HcB表示磁體在反磁場作用下抵抗退磁的能力,(BH)max是一綜合指標,它關(guān)系到傳動器的工作壽命。目前大都趨向使用高性能鐵氧體及NdFeB兩種磁性材料,一般小扭矩(如T<20N·m)的傳動可以選用Y30以上的鐵氧體;大、中扭矩選用NdFeB磁體可以減小傳動器的尺寸。

永磁傳動器大都用多個瓦形磁塊組合而成,為保證傳遞的扭矩,要求磁塊的性能要高度穩(wěn)定一致。作者在做過的傳動器中,發(fā)現(xiàn)磁塊表面剩磁偏差很大,如某廠生產(chǎn)的一批NdFeB磁塊,外弧開路測量表面剩磁,在160塊中Br值的范圍是0.19～0.34T,在磁路組合時需開展選配。作為用戶期望,燒結(jié)NdFeB永磁的性能,工業(yè)化生產(chǎn)能到達真空技術(shù)網(wǎng)的另外一篇文章("工業(yè)生產(chǎn)高磁能積燒結(jié)NdFeB永磁的構(gòu)造與性能")所提供的數(shù)值水平。

永磁傳動器大都在密封介質(zhì)中工作,用量較大的是石化工業(yè),往往有溫度要求。目前國內(nèi)廠家所生產(chǎn)的磁性材料的居里溫度Tc、剩磁溫度系數(shù)αBr、矯頑力溫度系數(shù)αHCJ及最高工作溫度Tm列于表1。

由表1可見,NdFeB盡管在常溫下有很高的磁性能,備受人們的青睞,但到350℃(居里溫度)則完全喪失了磁性,工作溫度100℃時Br下降9%,至200℃時Br值下降20%,矯頑力要比Br降低得更快。溫度升高至250℃時,HcJ已降低到零。2∶17型釤鈷合金的耐溫性能較好,它的剩磁溫度系數(shù)僅是NdFeB的1/3,當工作溫度升至350℃時,Br下降約10%。高溫工作環(huán)境下的傳動器它不失為最正確選擇,但它的價格昂貴,幾乎是NdFeB的3倍,又不能為很多用戶所承受。

密封介質(zhì)的腐蝕性要求永磁體有防護措施,磁體表面鍍Cr(Ni)+Al(Zn),或用環(huán)氧樹脂涂層可有效防止水、蒸汽、鹽類介質(zhì)的腐蝕。對于酸、堿性強腐蝕性介質(zhì),因腐蝕速率大,5～8μm以至十幾μm的膜厚是缺陷以耐腐蝕的,應在磁路裝配后,整體用耐腐蝕材料包覆。3、永磁傳動器的磁路優(yōu)化

永磁傳動器的構(gòu)造如圖1所示。主要由外磁轉(zhuǎn)子2,內(nèi)磁轉(zhuǎn)子5組成。在外磁