Les accouplements magnétiques sont des accouplements sans contact qui utilisent un champ magnétique pour transférer un couple, une force ou un mouvement d'un élément rotatif à un autre. Le transfert s'effectue à travers une barrière de confinement amagnétique sans aucune connexion physique. Les accouplements sont des paires opposées de disques ou de rotors intégrés dans des aimants.
L'utilisation du couplage magnétique remonte aux expériences réussies de Nikola Tesla à la fin du XIXe siècle. Lampes Tesla allumées sans fil grâce à un couplage inductif résonant en champ proche. Le physicien et ingénieur écossais Sir Alfred Ewing a fait progresser la théorie de l'induction magnétique au début du 20e siècle. Cela a conduit au développement d’un certain nombre de technologies utilisant le couplage magnétique. Les couplages magnétiques dans les applications nécessitant un fonctionnement très précis et plus robuste ont eu lieu au cours du dernier demi-siècle. La maturité des processus de fabrication avancés et la disponibilité accrue de matériaux magnétiques de terres rares rendent cela possible.
Bien que tous les accouplements magnétiques utilisent les mêmes propriétés magnétiques et forces mécaniques de base, il existe deux types qui diffèrent par leur conception.
Les deux principaux types comprennent :
-Accouplements de type disque comportant deux moitiés de disque face à face intégrées avec une série d'aimants où le couple est transféré à travers l'espace d'un disque à l'autre
-Accouplements de type synchrone tels que les accouplements à aimants permanents, les accouplements coaxiaux et les accouplements de rotor où un rotor interne est imbriqué à l'intérieur d'un rotor externe et où les aimants permanents transfèrent le couple d'un rotor à l'autre.
En plus des deux types principaux, les accouplements magnétiques comprennent des conceptions sphériques, excentriques, en spirale et non linéaires. Ces alternatives de couplage magnétique facilitent l'utilisation du couple et des vibrations, spécifiquement utilisées dans les applications de la biologie, de la chimie, de la mécanique quantique et de l'hydraulique.
En termes simples, les couplages magnétiques fonctionnent en utilisant le concept fondamental selon lequel les pôles magnétiques opposés s'attirent. L'attraction des aimants transmet le couple d'un moyeu aimanté à l'autre (de l'organe menant de l'accouplement à l'organe mené). Le couple décrit la force qui fait tourner un objet. Lorsque le moment cinétique externe est appliqué à un moyeu magnétique, il entraîne l'autre en transmettant le couple magnétiquement entre les espaces ou à travers une barrière de confinement non magnétique telle qu'une paroi de séparation.
La quantité de couple générée par ce processus est déterminée par des variables telles que :
-Température de travail
-Environnement dans lequel le traitement a lieu
-Polarisation magnétique
-Nombre de paires de pôles
-Dimensions des paires de pôles, y compris l'écart, le diamètre et la hauteur
-Décalage angulaire relatif des paires
-Décalage des paires
Selon l'alignement des aimants et des disques ou rotors, la polarisation magnétique est radiale, tangentielle ou axiale. Le couple est ensuite transféré à une ou plusieurs pièces mobiles.
Les accouplements magnétiques sont considérés comme supérieurs aux accouplements mécaniques traditionnels à plusieurs égards.
Le manque de contact avec les pièces mobiles :
-Réduit les frottements
-Produit moins de chaleur
-Utilise au maximum l'énergie produite
-Résultats en moins d'usure
-Ne produit aucun bruit
-Élimine le besoin de lubrification
De plus, la conception fermée associée à des types synchrones particuliers permet de fabriquer des accouplements magnétiques étanches à la poussière, aux fluides et à la rouille. Les appareils sont résistants à la corrosion et conçus pour gérer des environnements de fonctionnement extrêmes. Un autre avantage est une fonction de séparation magnétique qui établit la compatibilité pour une utilisation dans des zones présentant des risques d'impact potentiels. De plus, les dispositifs utilisant des couplages magnétiques sont plus rentables que les couplages mécaniques lorsqu'ils sont situés dans des zones à accès limité. Les accouplements magnétiques sont un choix populaire à des fins de test et d'installation temporaire.
Les accouplements magnétiques sont très efficaces pour de nombreuses applications aériennes, notamment :
-Robotique
-Génie chimique
-Instruments médicaux
-Installation de machines
-Transformation alimentaire
-Machines rotatives
Actuellement, les couplages magnétiques sont appréciés pour leur efficacité lorsqu’ils sont immergés dans l’eau. Les moteurs enfermés dans une barrière non magnétique à l'intérieur des pompes à liquide et des systèmes d'hélice permettent à la force magnétique de faire fonctionner l'hélice ou les parties de la pompe en contact avec le liquide. La défaillance de l'arbre à eau causée par l'invasion de l'eau dans le carter du moteur est évitée en faisant tourner un ensemble d'aimants dans un récipient scellé.
Les applications sous-marines incluent :
-Véhicules à propulsion pour plongeurs
-Pompes d'aquarium
-Véhicules sous-marins télécommandés
À mesure que la technologie s'améliore, les accouplements magnétiques deviennent de plus en plus répandus en remplacement des entraînements à vitesse variable dans les pompes et les moteurs de ventilateurs. Les moteurs des grandes éoliennes sont un exemple d’utilisation industrielle importante.
Le nombre, la taille et le type d'aimants utilisés dans un système de couplage ainsi que le couple correspondant produit sont des spécifications importantes.
Les autres spécifications incluent :
-La présence d'une barrière entre les paires magnétiques, qualifiant l'appareil pour l'immersion dans l'eau
-La polarisation magnétique
-Le couple du nombre de pièces mobiles est transféré magnétiquement
Les aimants utilisés dans les couplages magnétiques sont composés de matériaux de terres rares tels que le néodyme fer bore ou le samarium cobalt. Les barrières qui existent entre les paires magnétiques sont constituées de matériaux non magnétiques. Des exemples de matériaux qui ne sont pas attirés par les aimants sont l'acier inoxydable, le titane, le plastique, le verre et la fibre de verre. Le reste des composants fixés de chaque côté des accouplements magnétiques est identique à ceux utilisés dans tout système doté d'accouplements mécaniques traditionnels.
L'accouplement magnétique correct doit respecter le niveau de couple requis spécifié pour l'opération prévue. Dans le passé, la force des aimants était un facteur limitant. Cependant, la découverte et la disponibilité accrue d’aimants spéciaux aux terres rares accroissent rapidement les capacités des couplages magnétiques.
Une deuxième considération est la nécessité pour les raccords d'être partiellement ou entièrement immergés dans l'eau ou dans d'autres formes de liquide. Les fabricants de couplages magnétiques proposent des services de personnalisation pour des besoins uniques et concentrés.
