當考慮磁力驅動齒輪泵在流體系統中的運用時，必須首先對磁力驅動齒輪泵技術有一個詳細的了解。Micropump公司的Steven E Owen分析了這種特殊的泵技術的設計特點，并得到了磁性聯軸器的一種替代方案。
磁力驅動齒輪泵有多種型號和尺寸。但是，由于測量應用場合的流量范圍所限，泵的尺寸通常比較小。齒輪泵屬于磁力驅動齒輪泵中的一種，它與一臺密封泵同步，基于本文的考慮，使用術語“磁力驅動”。
優點
磁力驅動齒輪泵為終端用戶提供了諸多優點，包括它們的尺寸小巧，流量平穩，沒有動密封，無需起動注水，泵的旋轉速度與流量之間具有直接關系。由于沒有動密封，所以它們極為可靠并且具有可重復的性能。由于非常小巧，所以它們能夠安裝到許多不同應用場合中所用的各種設備上。此外，能以各種不同的方式來驅動磁力泵，包括交流電動機，直流換向器（整流式）電動機、直流無刷電動機以及步進電動機。
圖1：靜密封構成磁杯與泵體之間
的壓力邊界
密封
磁力驅動泵不需要動軸封，因此就排除了軸封故障的可能。磁力驅動泵依賴于靜O形密封圈，而且經證明這些密封件的密封性能良好。如圖1所示，靜密封構成了磁杯與泵體之間的壓力邊界。被封鎖的區域為從動磁鐵提供一轉動空間，并為液體提供流動空間，使其流出泵腔，流入泵的排放側。磁力驅動齒輪泵還可以使用O形密封圈來密封設計方案中的其他主要零件之間的空隙，或者如該設計方案所示，使用墊圈。O形密封圈可以是徑向密封或者面密封，這要取決于磁杯與泵體的連接方式。
基本操作
齒輪泵通過首先封鎖齒輪嚙合來提供流量。當齒輪轉動，齒輪齒展開時，它們形成了一個逐漸擴大的體積和一個低壓區。低壓區引導液體進入泵的進口處，在這里，液體被攔截在齒輪齒與泵腔壁之間。齒輪的轉動使液體繞泵腔壁流動，流入出口區并通過此處，在這里形成一個高壓區。
利用漸開線幾何圖形可以生成齒輪的齒廓，但是它們與動力傳動齒輪的外觀不同。通常，齒輪齒的數量更少，齒端更利，這樣能使泵送的液體體積達到最大 。齒面通過相互作用來傳遞扭矩，并起密封作用，以防液體從高壓流向低壓環境時發生滲漏。使半徑大小適當增加，能將齒面處的應力降到最小程度。噪聲和振動受齒輪齒隙的影響，而齒隙通過操縱齒厚壓力角和中心距來控制。與動力傳動齒輪不同的是，使齒隙減小到最小并不總是有利于降低噪聲。
齒輪泵的容積效率由理論變化體積與實際泵送的體積之比決定。這兩個體積之差就是泵內的滲漏量，損失掉的這部分液體通過內部滲漏通道流回進口處。因此，效率隨液體的屬性（如粘度）而變化。具有較大粘度的液體減小了泵內的滲漏量，增加了容積效率。內部滲漏通道出現在三個區域：1）在相嚙合的齒輪齒面之間；2）頂住相鄰泵腔壁的齒端處；3）頂住泵體和支承板的齒輪端面。當出于典型的效率需要，為了潤滑而需要一些滲漏的液體時，在生產過程中嚴格控制齒寬、OD以及泵腔支承板。對于相鄰的平面金屬零件而言，這些表面通常互相重疊或者接觸地面。
泵要工作就必須有這些滲漏通道，而且必須了解它們以優化齒輪泵的性能。
空腔式泵和吸力底板泵
Micropump齒輪泵有兩種不同的基本泵件構造方式：空腔式和抽氣底板式。空腔式泵的例子已經運用于如前所述的情況下。抽氣底板泵沒有剛性的泵腔板，而具有一個浮動的抽氣底板。由于排放壓力作用于底板的外側，因此迫使抽氣底板頂住旋轉的齒端，從而在更高的壓力下形成更有效的密封。因此，與空腔式泵相比，抽氣底板泵得到了一個在更大壓差條件下具有更大剛性的性能曲線（滲漏量更少）。
由于這些差異，所以泵的這兩種構造形式的磨損程度不同。空腔式泵通常更耐用，它們的使用壽命更易預測。而具有類似尺寸和壓力的抽氣底板泵則通常不及前者耐用，并且不易預測它們的使用壽命。
磁性聯軸器傳動器
標準的Micropump磁性聯軸器傳動器由兩個圓柱形磁鐵組成。一個驅動磁鐵（轂組件）與電機軸相連，一個從動或內部磁鐵被泵體、O形密封圈和磁杯密封在泵頭內。內部磁鐵是一個潮濕的零件，它被一個模塑外殼或金屬外殼所包圍。無需實際接觸，驅動磁鐵即可使從動磁鐵轉動起來。在空腔式齒輪泵內，其內部磁鐵直接與傳動齒輪相連。通過鍵連接與傳動齒輪軸形成這種固定連接。而對于抽氣底板泵，驅動磁鐵通過花鍵或六角連接與模塑的傳動齒輪構成浮動連接。這種連接方式是必須的，因為在抽氣底板泵中，傳動齒輪與軸未連成一體。
磁性聯軸器本身包含一個驅動（外部）和從動（內部）磁鐵。兩個磁鐵之間的磁力線構成了電磁回路。磁鐵的磁場強度根據“磁通密度”來測量，該度量是指穿過一給定面積的磁通線的數目。使磁極的數量最優化，以便在最小的空間內提供最大的抗扭磁場強度。
可以通過不同的方式來構造磁鐵：將預先經過磁化的磁條放置在磁體內，或者使電流穿過相鄰線圈從而在磁環內感應生成磁場。第一種方法主要利用稀土元素磁體材料，例如釤（SmCo）和釹（NdFeB），而第二種方法通常利用陶瓷鐵氧體環。稀土元素磁性聯軸器的磁通線比同樣大小的陶瓷鐵氧體聯軸器更密集。
隨著粘合NdFeB的發展，可以利用稀土元素材料生產模鑄圓環。為了能夠使NdFeB磁環達到磁性飽和，需要特別考慮磁化線圈和較高電壓的設計方案。
在過載條件下，驅動泵所需的扭矩可能會超過聯軸器的最大轉矩，從而使聯軸器解耦。這是磁力驅動泵的固有特性。聯軸器解耦并不表示產品故障，只有當超出磁性聯軸器的轉矩極限時才會發生這種現象。聯軸器解耦還起到安全作用，它防止因疏忽導致泵/電動機過載。只需簡單地停機并重新起動裝置即可使聯軸器重新耦合。
磁性聯軸器向泵傳動系統的質量－彈性模型增添了一個扭轉彈簧。扭轉彈簧比傳統的剛性聯軸器脆弱得多。泵電機系統內的扭轉諧振可能導致泵電動機自然解耦，雖然這種情況很少見。不夠穩固的陶瓷鐵氧體聯軸器可能發生解耦現象，而使用更加牢固的稀土元素磁性聯軸器即可解決這種現象。
圖2：呈放射狀的8磁極
磁性聯軸器的磁力線形狀
從設計的角度來看，磁性聯軸器的強度由以下參數決定：
◆ 磁性材料的強度
◆ 驅動磁鐵和從動磁鐵之間的徑向氣隙
◆ 磁鐵的長度
◆ 磁極的數目
◆ 磁性飽和量
協調這些參數，使聯軸器在一定大小的外殼內，且成本合適。在工作中，磁性聯軸器的強度隨著溫度的升高而下降。例如，一臺工作在170°C溫度下的磁力驅動泵的強度只有它在室溫條件下強度的50％左右。可以達到某點，在該點處磁性材料的原子結構會自動改變、分解，這就是通常所說的居里溫度。每種磁性材料的居里溫度各不相同，其溫度范圍在300-400℃，在磁力驅動泵的常規工作流體溫度范圍之外。
磁性聯軸器的替代品
由于永磁極產生的磁場引力的所用，可以得到如前所述的磁性聯軸器。由載流定子產生磁路，進而形成磁場，這并不難。所以，能夠使用定子繞組而非磁性轂組件來提供磁場。Integral SeriesTM 傳動裝置的設計就是運用這種方法來集成泵和電動機。由于無需轂組件和接頭，所以進一步減小了外殼的尺寸，消除了解耦現象。傳動裝置本身沒有任何活動部件，可靠性得到增強。
由于將驅動裝置與泵集成到了一個獨立的、小巧的部件中，因此Integral Series實現了精確、可靠的工作。由一個控制器在固定、靜止的定子中感應生成旋轉的電磁場，它與泵內密封的永磁鐵結合在一起并使永磁鐵轉動。這使得泵無需與電動機實際接觸就能夠被驅動。監視泵的轉速并根據控制器的反饋保持其速度。可以使用外部控制信號（0-5 VDC， 4-20 mA，手動）來控制泵的轉速。泵與電動機緊密耦合，使得泵與傳動裝置之間易于密封，防止水和灰塵進入，因此保護了內部的泵和傳動裝置的零件。
小結
磁力驅動泵的設計特點使其具有耐用的流體泵解決方案的特點，適用于多種應用場合。磁耦合齒輪泵具有小型的外殼，它不僅可靠而且提供平滑的無波動流。嚴格控制齒輪組的公差，使泵內的流量精確、可重復。泵和傳動裝置的緊湊設計使其非常適合于OEM應用場合，包括噴墨打印、燃料電池和血液透析。此外還可采用多種方式來驅動。
| 
