永磁傳動與真空密封技術(shù)分析現(xiàn)狀與發(fā)展

永磁傳動與真空密封技術(shù)分析現(xiàn)狀與發(fā)展永磁傳動技術(shù)可實現(xiàn)“零泄漏”的絕對密封，利于這一特點，可廣泛應(yīng)用在真空設(shè)備中以獲得高潔凈度、高真空度的作業(yè)環(huán)境。本文首先闡述了永磁傳動原理，針對永磁驅(qū)動技術(shù)在真空設(shè)備動密封的應(yīng)用，綜述了關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀，介紹磁力驅(qū)動技術(shù)在真空獲得設(shè)備、真空工程技術(shù)、真空機器人領(lǐng)域的應(yīng)用，最后就真空磁力驅(qū)動動密封技術(shù)今后的研究與發(fā)展方向開展了探討。

現(xiàn)代科學(xué)實驗和工業(yè)生產(chǎn)中的真空設(shè)備涉及到需要在真空室外驅(qū)動真空室內(nèi)器件的運動。真空設(shè)備的密封具有一定的特殊性，比帶壓設(shè)備的密封困難。真空密封要求具有兩種功能，一種阻止軸承潤滑油漏入真空空間和外部空間；另一種是密封件把真空內(nèi)腔與外腔分割開，保持要求的真空度。目前采用較多的是標準的機械密封和帶加強環(huán)的骨架真空橡膠密封。運行一段時間后，由于密封副的磨損，泄漏現(xiàn)象普遍存在。漏油浪費資源、污染環(huán)境，進氣影響真空獲得率，這是用戶普遍反映的問題。磁流體密封是一種密封效果較好，使用壽命長的動密封型式，功耗小，但應(yīng)用場合受到某些條件限制。磁力驅(qū)動技術(shù)將動密封轉(zhuǎn)化為靜密封，可以實現(xiàn)向真空容器中傳遞各種不同運動并防止外界氣體侵入，保持容器內(nèi)的真空度，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。因此真空技術(shù)網(wǎng)(http:///)認為磁力傳動技術(shù)在真空密封領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。1、永磁傳動裝置工作原理

圖1為一永磁傳動(PMD)機械簡圖，由真空室1、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子2、隔離套3、外磁轉(zhuǎn)子4和原動機5組成，2、4構(gòu)成永磁聯(lián)軸器。工作機裝在內(nèi)磁轉(zhuǎn)子軸上，外磁轉(zhuǎn)子裝在原動機軸上。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子是靠磁力線聯(lián)系起來。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子外緣、外磁轉(zhuǎn)子內(nèi)緣分別裝有m個偶數(shù)磁塊，N、S磁極交替排列，其磁路排列見圖2。

將磁路展開成平面模型如圖3。當主動磁轉(zhuǎn)子A以速度u運動時，根據(jù)同性相斥，異性相吸的原理，A對B的拉力為F1、推力為F2，二力的合力F=F1+F2，在運動方向的分量即牽引力，而在垂直于運動的方向的分量相互抵消。當P<F、c<b/2時，A以速度u運動，B也以同樣的速度v=u運動，所以磁力傳動器又稱為同步磁力偶合器。

圖1PMD機械簡圖圖2磁路排列圖3PMD平面模型4、發(fā)展趨勢與展望

PMD技術(shù)并非簡單的同性相斥，異性相吸，它是集磁學(xué)、機械學(xué)、材料學(xué)、精良制造與精心使用于一體。世界一流的專業(yè)生產(chǎn)廠，他們的產(chǎn)品在世界享有盛譽，以至于我們無法仿制，其原因就在如此。

目前，磁力驅(qū)動裝置相對傳統(tǒng)機械驅(qū)動裝置存在的主要問題是磁轉(zhuǎn)矩小效率低，滿足不了大功率磁驅(qū)動器的設(shè)計與制造要求，需要進一步研究大功率、高性能的真空磁力驅(qū)動器。永磁材料的性能、磁路的設(shè)計、金屬隔離套的渦流損耗等影響磁力耦合器的磁轉(zhuǎn)矩。因此，應(yīng)根據(jù)工作條件和要求合理選擇性能優(yōu)越磁性材料，優(yōu)化磁路設(shè)計，開展聚磁技術(shù)研究，選用高電阻率材料的金屬隔離套，或發(fā)展新型隔離套，如復(fù)合型雙層隔離套，來減小渦流損耗以提高轉(zhuǎn)矩，向大型化耐高溫方向發(fā)展。

大量實踐證明，磁力驅(qū)動器的不成功或不可靠主要原因來自軸承，在真空環(huán)境中的軸承要求無潤滑，否則將會對真空環(huán)境增加污染物，降低真空清潔度。因此對真空環(huán)境的支承研究尤為重要。真空環(huán)境下工作，常常對工況不能直接觀察，需要借助監(jiān)控儀器，并能自動控制操作。集電機監(jiān)控、軸承磨損監(jiān)控、過強振動監(jiān)控、隔離套溫度監(jiān)控、工況監(jiān)控、冷卻循環(huán)系統(tǒng)監(jiān)控于一體的自動控制技術(shù)勢在必行。

隨著環(huán)境法案、產(chǎn)品責(zé)任法規(guī)的逐漸完善與普及，也伴隨著技術(shù)革新，軸承材料和磁場強度等技術(shù)改良，在高潔凈度、超高真空等工況的真空領(lǐng)域里，磁力傳動為解決動密封問題，其應(yīng)用具有很大的發(fā)展空間。為此，需要做的工作是：

(1)提高解析法計算的精度，運用優(yōu)化算法，對永磁機械開展優(yōu)化設(shè)計研究；

(2)運用有限元分析軟件對永磁機械開展三維磁場更準確的數(shù)值計算；

(3)磁性聯(lián)軸器方型磁體、瓦型磁體，徑向、切向、軸向充磁對傳動性能影響研究；

(4)不同材料隔離套、不同介質(zhì)對磁場的影響；

(5)運用有限元分析軟件，結(jié)合機械動力學(xué)仿真軟件，如ADAMS，開展虛擬樣機模擬研究；

(6)探索新型磁路的聚磁效應(yīng)來增加磁力傳動機構(gòu)氣隙處的磁場強度；

(7)研究包封、基體層材料、軛鐵的影響;磁阻、漏磁、渦流、溫度和有關(guān)動態(tài)問題的效應(yīng)；

(8)自動一體化實驗測試平臺的研制；

(9)真空設(shè)備以PMD替代機械密封的應(yīng)用與推廣。5、結(jié)束語

大氣環(huán)境與真空環(huán)境之間的動力傳遞與密封隔離一直是密封界的追求。傳統(tǒng)的傳動和密封方式很難保證密封室的高真空度與潔凈度。隨著現(xiàn)代磁學(xué)的研究，發(fā)明了PMD技術(shù)。磁力傳動是應(yīng)用永磁材料所產(chǎn)生的磁場，來實現(xiàn)力或轉(zhuǎn)矩(功率)的無接觸傳遞的一種新技術(shù)。磁力泵、磁力釜、磁力閥等已成功地解決流體的絕對密封。