Gli accoppiamenti magnetici sono accoppiamenti senza contatto che utilizzano un campo magnetico per trasferire coppia, forza o movimento da un elemento rotante a un altro. Il trasferimento avviene attraverso una barriera di contenimento amagnetico senza alcun collegamento fisico. Gli accoppiamenti sono coppie contrapposte di dischi o rotori incorporati con magneti.
L'uso dell'accoppiamento magnetico risale agli esperimenti riusciti di Nikola Tesla alla fine del XIX secolo. Lampade Tesla illuminate in modalità wireless utilizzando l'accoppiamento induttivo risonante del campo vicino. Il fisico e ingegnere scozzese Sir Alfred Ewing fece avanzare ulteriormente la teoria dell'induzione magnetica all'inizio del XX secolo. Ciò ha portato allo sviluppo di una serie di tecnologie che utilizzano l’accoppiamento magnetico. Nell'ultimo mezzo secolo si sono verificati accoppiamenti magnetici in applicazioni che richiedono un funzionamento estremamente preciso e più robusto. La maturità dei processi produttivi avanzati e la maggiore disponibilità di materiali magnetici delle terre rare lo rendono possibile.
Sebbene tutti i giunti magnetici utilizzino le stesse proprietà magnetiche e forze meccaniche di base, esistono due tipi che differiscono per progettazione.
I due tipi principali includono:
-Giunti a disco caratterizzati da due metà del disco faccia a faccia incastonate con una serie di magneti in cui la coppia viene trasferita attraverso lo spazio da un disco all'altro
-Giunti di tipo sincrono come giunti a magnete permanente, giunti coassiali e giunti rotorici in cui un rotore interno è annidato all'interno di un rotore esterno e i magneti permanenti trasferiscono la coppia da un rotore all'altro.
Oltre ai due tipi principali, gli accoppiamenti magnetici comprendono design sferici, eccentrici, a spirale e non lineari. Queste alternative di accoppiamento magnetico aiutano nell'uso della coppia e delle vibrazioni, utilizzate specificamente in applicazioni di biologia, chimica, meccanica quantistica e idraulica.
In termini più semplici, gli accoppiamenti magnetici funzionano utilizzando il concetto fondamentale che i poli magnetici opposti si attraggono. L'attrazione dei magneti trasmette la coppia da un mozzo magnetizzato all'altro (dall'elemento motore del giunto all'elemento condotto). La coppia descrive la forza che fa ruotare un oggetto. Quando il momento angolare esterno viene applicato a un mozzo magnetico, guida l'altro trasmettendo la coppia magneticamente tra gli spazi o attraverso una barriera di contenimento non magnetico come un muro divisorio.
La quantità di coppia generata da questo processo è determinata da variabili quali:
-Temperatura di lavoro
-Ambiente in cui avviene il trattamento
-Polarizzazione magnetica
-Numero di coppie polari
-Dimensioni delle coppie di poli, inclusi spazio, diametro e altezza
-Offset angolare relativo delle coppie
-Spostamento delle coppie
A seconda dell'allineamento dei magneti e dei dischi o rotori, la polarizzazione magnetica è radiale, tangenziale o assiale. La coppia viene quindi trasferita a una o più parti mobili.
Gli accoppiamenti magnetici sono considerati superiori ai tradizionali accoppiamenti meccanici sotto diversi aspetti.
La mancanza di contatto con le parti in movimento:
-Riduce l'attrito
-Produce meno calore
-Sfrutta al massimo la potenza prodotta
-Si traduce in una minore usura
-Non produce rumore
-Elimina la necessità di lubrificazione
Inoltre, il design chiuso associato a particolari tipi sincroni consente di produrre giunti magnetici resistenti alla polvere, ai liquidi e alla ruggine. I dispositivi sono resistenti alla corrosione e progettati per gestire ambienti operativi estremi. Un altro vantaggio è la funzione di distacco magnetico che stabilisce la compatibilità per l'uso in aree con potenziali rischi di impatto. Inoltre, i dispositivi che utilizzano accoppiamenti magnetici sono più convenienti rispetto agli accoppiamenti meccanici se posizionati in aree con accesso limitato. I giunti magnetici sono una scelta popolare per scopi di test e installazioni temporanee.
I giunti magnetici sono altamente efficienti ed efficaci per numerose applicazioni fuori terra, tra cui:
-Robotica
-Ingegneria chimica
-Strumenti medici
-Installazione della macchina
-Trasformazione alimentare
-Macchine rotative
Attualmente, gli accoppiamenti magnetici sono apprezzati per la loro efficacia quando sono immersi nell'acqua. I motori racchiusi in una barriera non magnetica all'interno di pompe per liquidi e sistemi di elica consentono alla forza magnetica di azionare l'elica o le parti della pompa a contatto con il liquido. Il guasto dell'albero dell'acqua causato dall'invasione di acqua nell'alloggiamento del motore viene evitato facendo girare una serie di magneti in un contenitore sigillato.
Le applicazioni subacquee includono:
-Veicoli a propulsione subacquea
-Pompe per acquario
-Veicoli subacquei telecomandati
Con il miglioramento della tecnologia, gli accoppiamenti magnetici diventano sempre più diffusi come sostituti degli azionamenti a velocità variabile nelle pompe e nei motori dei ventilatori. Un esempio di uso industriale significativo sono i motori all’interno di grandi turbine eoliche.
Il numero, le dimensioni e il tipo di magneti utilizzati in un sistema di accoppiamento nonché la corrispondente coppia prodotta sono specifiche significative.
Altre specifiche includono:
-La presenza di una barriera tra le coppie magnetiche, qualificando l'apparecchio per l'immersione in acqua
-La polarizzazione magnetica
-Il numero di coppie di parti mobili viene trasferito magneticamente
I magneti utilizzati negli accoppiamenti magnetici sono composti da materiali di terre rare come neodimio ferro boro o samario cobalto. Le barriere esistenti tra le coppie magnetiche sono costituite da materiali non magnetici. Esempi di materiali che non vengono attratti dai magneti sono l'acciaio inossidabile, il titanio, la plastica, il vetro e la fibra di vetro. Il resto dei componenti fissati su entrambi i lati degli accoppiamenti magnetici è identico a quelli utilizzati in qualsiasi sistema con accoppiamenti meccanici tradizionali.
L'accoppiamento magnetico corretto deve soddisfare il livello di coppia richiesto specificato per l'operazione prevista. In passato, la forza dei magneti era un fattore limitante. Tuttavia, la scoperta e la maggiore disponibilità di speciali magneti delle terre rare sta rapidamente aumentando le capacità degli accoppiamenti magnetici.
Una seconda considerazione è la necessità che i giunti siano parzialmente o interamente immersi in acqua o altre forme di liquido. I produttori di giunti magnetici forniscono servizi di personalizzazione per esigenze uniche e concentrate.
