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Acoplamentos magnéticos são acoplamentos sem contato que utilizam um campo magnético para transferir torque, força ou movimento de um membro rotativo para outro. A transferência ocorre através de uma barreira de contenção não magnética, sem qualquer conexão física. Os acoplamentos são pares opostos de discos ou rotores embutidos com ímãs.
O uso do acoplamento magnético remonta a experiências bem-sucedidas de Nikola Tesla no final do século XIX. Lâmpadas Tesla iluminadas sem fio usando acoplamento indutivo ressonante de campo próximo. O físico e engenheiro escocês Sir Alfred Ewing avançou ainda mais a teoria da indução magnética no início do século XX. Isso levou ao desenvolvimento de uma série de tecnologias usando acoplamento magnético. Acoplamentos magnéticos em aplicações que exigem operação altamente precisa e mais robusta ocorreram no último meio século. A maturidade dos processos de fabricação avançados e a maior disponibilidade de materiais magnéticos de terras raras tornam isso possível.
Embora todos os acoplamentos magnéticos usem as mesmas propriedades magnéticas e forças mecânicas básicas, existem dois tipos que diferem em design.
Os dois tipos principais incluem:
-Acoplamentos tipo disco com duas metades de disco face a face incorporadas com uma série de ímãs onde o torque é transferido através da folga de um disco para o outro
-Acoplamentos do tipo síncrono, como acoplamentos de ímã permanente, acoplamentos coaxiais e acoplamentos de rotor, onde um rotor interno é aninhado dentro de um rotor externo e ímãs permanentes transferem torque de um rotor para o outro。
Além dos dois tipos principais, os acoplamentos magnéticos incluem designs esféricos, excêntricos, espirais e não lineares. Essas alternativas de acoplamento magnético auxiliam no uso de torque e vibração, usados especificamente em aplicações de biologia, química, mecânica quântica e hidráulica.
Em termos mais simples, os acoplamentos magnéticos funcionam utilizando o conceito fundamental de que pólos magnéticos opostos se atraem. A atração dos ímãs transmite torque de um cubo magnetizado para outro (do membro acionador do acoplamento para o membro acionado). Torque descreve a força que gira um objeto. À medida que o momento angular externo é aplicado a um cubo magnético, ele aciona o outro transmitindo torque magneticamente entre os espaços ou através de uma barreira de contenção não magnética, como uma parede divisória.
A quantidade de torque gerada por este processo é determinada por variáveis como:
-Temperatura de trabalho
-Ambiente em que ocorre o processamento
-Polarização magnética
-Número de pares de pólos
-Dimensões dos pares de pólos, incluindo folga, diâmetro e altura
-Deslocamento angular relativo dos pares
-Mudança dos pares
Dependendo do alinhamento dos ímãs e dos discos ou rotores, a polarização magnética é radial, tangencial ou axial. O torque é então transferido para uma ou mais peças móveis.
Os acoplamentos magnéticos são considerados superiores aos acoplamentos mecânicos tradicionais de várias maneiras.
A falta de contato com peças móveis:
-Reduz o atrito
-Produz menos calor
-Aproveita ao máximo a energia produzida
-Resulta em menos desgaste
-Não produz ruído
-Elimina a necessidade de lubrificação
Além disso, o design fechado associado a tipos síncronos específicos permite que acoplamentos magnéticos sejam fabricados à prova de poeira, fluidos e ferrugem. Os dispositivos são resistentes à corrosão e projetados para lidar com ambientes operacionais extremos. Outro benefício é um recurso de separação magnética que estabelece compatibilidade para uso em áreas com riscos potenciais de impacto. Além disso, os dispositivos que utilizam acoplamentos magnéticos são mais económicos do que os acoplamentos mecânicos quando localizados em áreas com acesso limitado. Os acoplamentos magnéticos são uma escolha popular para fins de teste e instalação temporária.
Os acoplamentos magnéticos são altamente eficientes e eficazes para inúmeras aplicações acima do solo, incluindo:
-Robótica
-Engenharia Química
-Instrumentos médicos
-Instalação da máquina
-Processamento de alimentos
-Máquinas rotativas
Atualmente, os acoplamentos magnéticos são valorizados pela sua eficácia quando submersos em água. Motores envoltos em uma barreira não magnética dentro de bombas de líquido e sistemas de hélice permitem que a força magnética opere a hélice ou partes da bomba em contato com o líquido. A falha do eixo de água causada pela invasão de água na carcaça do motor é evitada girando um conjunto de ímãs em um recipiente selado.
As aplicações subaquáticas incluem:
-Veículos de propulsão para mergulhadores
-Bombas de aquário
-Veículos subaquáticos operados remotamente
À medida que a tecnologia melhora, os acoplamentos magnéticos tornam-se mais predominantes como substitutos de acionamentos de velocidade variável em bombas e motores de ventiladores. Um exemplo de uso industrial significativo são os motores em grandes turbinas eólicas.
O número, tamanho e tipo de ímãs usados em um sistema de acoplamento, bem como o torque correspondente produzido são especificações significativas.
Outras especificações incluem:
-A presença de uma barreira entre os pares magnéticos, qualificando o aparelho para submersão em água
-A polarização magnética
-O número de torque das peças móveis é transferido magneticamente
Os ímãs usados em acoplamentos magnéticos são compostos de materiais de terras raras, como neodímio, ferro, boro ou samário-cobalto. As barreiras que existem entre os pares magnéticos são feitas de materiais não magnéticos. Exemplos de materiais que não são atraídos por ímãs são aço inoxidável, titânio, plástico, vidro e fibra de vidro. O restante dos componentes fixados em ambos os lados dos acoplamentos magnéticos são idênticos aos usados em qualquer sistema com acoplamentos mecânicos tradicionais.
O acoplamento magnético correto deve atender ao nível de torque exigido especificado para a operação pretendida. No passado, a força dos ímanes era um factor limitante. No entanto, a descoberta e o aumento da disponibilidade de ímãs especiais de terras raras estão aumentando rapidamente as capacidades dos acoplamentos magnéticos.
Uma segunda consideração é a necessidade dos acoplamentos serem parcial ou totalmente submersos em água ou outras formas de líquido. Os fabricantes de acoplamentos magnéticos fornecem serviços de personalização para necessidades exclusivas e concentradas.
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