Os acoplamentos magnéticos son acoplamentos sen contacto que usan un campo magnético para transferir par, forza ou movemento dun membro xiratorio a outro. A transferencia realízase a través dunha barreira de contención non magnética sen ningunha conexión física. Os acoplamentos son pares opostos de discos ou rotores incrustados con imáns.
O uso do acoplamento magnético remóntase aos experimentos exitosos de Nikola Tesla a finais do século XIX. Lámpadas de Tesla iluminadas sen fíos mediante acoplamento indutivo resonante de campo próximo. O físico e enxeñeiro escocés Sir Alfred Ewing avanzou aínda máis a teoría da indución magnética a principios do século XX. Isto levou ao desenvolvemento dunha serie de tecnoloxías que utilizan acoplamento magnético. Os acoplamentos magnéticos en aplicacións que requiren un funcionamento moi preciso e robusto producíronse no último medio século. A madurez dos procesos de fabricación avanzados e a maior dispoñibilidade de materiais magnéticos de terras raras faino posible.
Aínda que todos os acoplamentos magnéticos usan as mesmas propiedades magnéticas e forzas mecánicas básicas, hai dous tipos que se diferencian polo deseño.
Os dous tipos principais inclúen:
-Acoplamentos tipo disco con dúas metades de disco cara a cara incrustadas cunha serie de imáns onde o par transfire a través do espazo dun disco ao outro.
-Acoplamentos de tipo síncrono, como acoplamentos de imáns permanentes, acoplamentos coaxiais e acoplamentos de rotor onde un rotor interno está aniñado dentro dun rotor externo e os imáns permanentes transfiren o par dun rotor ao outro.
Ademais dos dous tipos principais, os acoplamentos magnéticos inclúen deseños esféricos, excéntricos, espirais e non lineais. Estas alternativas de acoplamento magnético axudan ao uso do par e da vibración, que se usan especificamente en aplicacións de bioloxía, química, mecánica cuántica e hidráulica.
En termos máis sinxelos, os acoplamentos magnéticos funcionan utilizando o concepto fundamental de que os polos magnéticos opostos se atraen. A atracción dos imáns transmite o par dun cubo magnetizado a outro (desde o elemento condutor do acoplamento ata o elemento impulsado). O par de torsión describe a forza que fai xirar un obxecto. Como o momento angular externo se aplica a un centro magnético, este impulsa o outro transmitindo un par magnético entre os espazos ou a través dunha barreira de contención non magnética, como unha parede divisoria.
A cantidade de par xerado por este proceso está determinada por variables como:
-Temperatura de traballo
-Contorno no que se produce o procesamento
- Polarización magnética
-Número de pares de polos
-Dimensións dos pares de polos, incluíndo oco, diámetro e altura
-Desfase angular relativo dos pares
-Quenda das parellas
Dependendo da aliñación dos imáns e discos ou rotores, a polarización magnética é radial, tanxencial ou axial. Despois transfírese o par a unha ou máis partes móbiles.
Os acoplamentos magnéticos considéranse superiores aos acoplamentos mecánicos tradicionais de varias maneiras.
Falta de contacto con partes móbiles:
-Reduce a fricción
-Produce menos calor
-Aproveita ao máximo a potencia producida
-Resulta en menos desgaste
-Non produce ruído
-Elimina a necesidade de lubricación
Ademais, o deseño pechado asociado a tipos síncronos particulares permite que os acoplamentos magnéticos se fabriquen como a proba de po, a proba de fluídos e a proba de ferruxe. Os dispositivos son resistentes á corrosión e están deseñados para manexar ambientes operativos extremos. Outro beneficio é unha función de separación magnética que establece a compatibilidade para o seu uso en áreas con posibles perigos de impacto. Ademais, os dispositivos que utilizan acoplamentos magnéticos son máis rendibles que os acoplamentos mecánicos cando se atopan en zonas de acceso limitado. Os acoplamentos magnéticos son unha opción popular para fins de proba e instalación temporal.
Os acoplamentos magnéticos son altamente eficientes e eficaces para numerosas aplicacións aéreas, incluíndo:
-Robótica
-Enxeñería química
-Instrumentos médicos
-Instalación de máquinas
-Elaboración de alimentos
-Máquinas rotativas
Actualmente, os acoplamentos magnéticos son apreciados pola súa eficacia cando están mergullados na auga. Os motores encaixados nunha barreira non magnética dentro das bombas de líquido e dos sistemas de hélice permiten que a forza magnética faga funcionar a hélice ou partes da bomba en contacto co líquido. A falla do pozo de auga causada pola invasión de auga na carcasa dun motor evítase facendo xirar un conxunto de imáns nun recipiente selado.
As aplicacións subacuáticas inclúen:
-Vehículos de propulsión de mergullo
-Bombas de acuario
-Vehículos subacuáticos operados a distancia
A medida que mellora a tecnoloxía, os acoplamentos magnéticos fanse máis frecuentes como substitutos dos variadores de velocidade en bombas e motores de ventiladores. Un exemplo de uso industrial significativo son os motores dentro de grandes aeroxeradores.
O número, tamaño e tipo de imáns utilizados nun sistema de acoplamento así como o correspondente par producido son especificacións significativas.
Outras especificacións inclúen:
-A presenza dunha barreira entre os pares magnéticos, cualificando o aparello para a inmersión en auga
-A polarización magnética
-O torque do número de pezas móbiles transfírese magnéticamente
Os imáns utilizados nos acoplamentos magnéticos están compostos por materiais de terras raras como o ferro de neodimio, o boro ou o cobalto de samario. As barreiras que existen entre os pares magnéticos están feitas de materiais non magnéticos. Exemplos de materiais que non son atraídos polos imáns son o aceiro inoxidable, o titanio, o plástico, o vidro e a fibra de vidro. O resto dos compoñentes unidos a cada lado dos acoplamentos magnéticos son idénticos aos utilizados en calquera sistema con acoplamentos mecánicos tradicionais.
O acoplamento magnético correcto debe cumprir o nivel de par requirido especificado para a operación prevista. No pasado, a forza dos imáns era un factor limitante. Non obstante, o descubrimento e a maior dispoñibilidade de imáns especiais de terras raras está a aumentar rapidamente as capacidades dos acoplamentos magnéticos.
Unha segunda consideración é a necesidade de que os acoplamentos estean parcial ou totalmente mergullados en auga ou outras formas de líquido. Os fabricantes de acoplamentos magnéticos ofrecen servizos de personalización para necesidades únicas e concentradas.
