磁性部件是電動機和非接觸式驅(qū)動聯(lián)軸器中的標準，但是新的發(fā)展可以看到磁體取代了動力傳動系統(tǒng)中的機械齒輪。Paul Stevens報告了新的基于磁體的電力傳輸部件及其為設(shè)計者提供的優(yōu)勢。

傳動裝置，聯(lián)軸器和阻尼器，以及電機和執(zhí)行器，都能很好地滿足現(xiàn)有技術(shù)，但這些技術(shù)都有其局限性和缺點。例如，齒輪需要潤滑，產(chǎn)生噪聲并且遭受固有摩擦，這降低了它們的機械無效性。

從玩具和門捕捉到電動機和醫(yī)學成像系統(tǒng)的一切中使用的磁性是商業(yè)組織和學術(shù)機構(gòu)正在進行的研究的主題。改進的場強和設(shè)計技術(shù)意味著更小和更輕的磁體可以代替更大的復(fù)合磁體或創(chuàng)造新的機會。

領(lǐng)導(dǎo)研究的學術(shù)機構(gòu)之一是英國謝菲爾德大學。Magnomatics公司成立于2006年，是謝菲爾德大學的一家分公司，旨在將磁傳動系統(tǒng)，高扭矩電機，機電執(zhí)行器和阻尼器的突破性研究商業(yè)化。這項工作由Kais Atallah博士和David Howe教授在大學的電機和驅(qū)動實驗室進行。今天，Magnomatics與大學保持密切聯(lián)系，利用現(xiàn)有的技術(shù)專長和研究設(shè)施。Atallah博士原來的研究小組成員現(xiàn)在成為Magnomatics技術(shù)團隊的核心。

Magnomatics的活動中心在于 – 但不限于 – 磁性齒輪傳動，其中部件通過非接觸磁耦合而不是嚙合的機械齒輪齒傳遞扭矩。根據(jù)實施例，Magnomatics說可能的傳動比為1.01:1至1000:1。

與機械齒輪相比，他的發(fā)明聲稱提供的優(yōu)點包括減少維護，提高可靠性，不需要潤滑劑，更高的效率，精確的峰值扭矩傳遞，固有的過載保護，降低的傳動系統(tǒng)脈動，不對準公差和低噪聲。在一些應(yīng)用中，輸入和輸出軸物理隔離也是有益的。

磁力齒輪使用永磁體傳遞扭矩

磁性齒輪使用永磁體在輸入軸和輸出軸之間傳遞扭矩。該公司表示，與機械齒輪相比，扭矩密度可達到99％或更高的效率，在部分負載條件下比機械齒輪能夠?qū)崿F(xiàn)更高的效率。此外，對于更高的額定功率，磁性齒輪可以比機械齒輪更小，更輕和成本更低。由于移動部件之間沒有接觸，因此沒有磨損，不需要潤滑（圖1）。如果施加過大的扭矩，磁性齒輪也可以防止過載，如果過度扭矩被移除，則自動和安全地重新嚙合。

低比磁齒輪使用一系列鋼極靴來調(diào)制由具有不同數(shù)量磁極的兩個永磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場。在這種布置中，磁體陣列以不同的速度旋轉(zhuǎn)，其中齒輪比由每個陣列中的磁體的比率確定。輸入和輸出軸之間的運動傳遞通過使用強大的永磁體和中間調(diào)制元件（圖2）被動地實現(xiàn)。轉(zhuǎn)子之間的高度磁耦合允許實現(xiàn)與機械齒輪相當?shù)霓D(zhuǎn)矩密度。具有幾乎零轉(zhuǎn)矩波動的50:1到1.01:1的傳動比是容易實現(xiàn)的。有趣的是，當需要薄“煎餅”設(shè)計時（圖3），低比率磁齒輪可以在常規(guī)徑向場或軸向布置中實現(xiàn)。Magnomatics的低比率磁齒輪是公司的新型永磁電機（偽直接驅(qū)動（PDD））的一個組成部分，它提供比傳統(tǒng)電機齒輪箱組合（見下文）高得多的轉(zhuǎn)矩密度。

Magnomatics高比磁齒輪使用旋轉(zhuǎn)的發(fā)散氣隙來調(diào)制由輸入和輸出轉(zhuǎn)子上的永磁體陣列產(chǎn)生的場。與低速比齒輪一樣，轉(zhuǎn)子之間的高度耦合允許實現(xiàn)非常高的扭矩密度。高比率磁齒輪的簡單而堅固的結(jié)構(gòu)使得在單個同軸級中可以實現(xiàn)高達1000:1的比率。因此，該系統(tǒng)為復(fù)雜，高成本，多級機械齒輪提供了優(yōu)雅，無摩擦的替代方案。

與傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)不同，磁齒輪概念的多功能性允許以非常高的力密度實現(xiàn)線性變體。線性變體是完全可逆的，并且可以用作行程放大器或作為力放大器以適合目標應(yīng)用 – 其可以是流量控制閥致動器，可伸縮機器人臂或直接驅(qū)動波動力發(fā)電系統(tǒng)。

這種磁齒輪拓撲結(jié)構(gòu)被認為非常適合于否則可能依賴于無效的旋轉(zhuǎn) – 線性轉(zhuǎn)換技術(shù)（例如球螺桿或?qū)輻U）的致動系統(tǒng); 它也作為液壓致動器的潛在替代品吸引了人們的興趣。如果需要，線性齒輪裝置可以與無刷永磁直線電動機組合以產(chǎn)生具有超高力密度的線性偽直接驅(qū)動致動器。

雖然線性非接觸“齒輪傳動”變速器離旋轉(zhuǎn)非接觸齒輪一步遠，但一個側(cè)向思維很快就揭示了其他可能性。Magnomatics已經(jīng)開發(fā)的一種這樣的發(fā)展是磁性，非接觸式無級變速器（CVT）或無限變速器（IVT），其提供可控的比率和功率傳遞。磁性CVT是高效且緊湊的，不需要冷卻或潤滑，并且適合于多種應(yīng)用，例如混合動力車輛和風力渦輪機。解決大多數(shù)CVT設(shè)計中固有的摩擦學挑戰(zhàn)可能證明是困難的，因此非接觸概念聽起來非常有吸引力。

通常機器設(shè)計需要電機直接或通過齒輪箱驅(qū)動負載。因此，Magnomatics開發(fā)了一個將低比率磁齒輪與永磁電動機相結(jié)合的單元。被稱為偽直接驅(qū)動（PDD）機，據(jù)說這種開發(fā)提供的扭矩密度比使用具有常規(guī)齒輪箱的高性能永磁電動機（圖4）時的扭矩密度大幾倍。PDD機床的優(yōu)點 – 在2005年推出 – 與傳統(tǒng)的直接驅(qū)動機器相比，具有顯著的尺寸和重量減少，由于超高效率，簡化的機器設(shè)計，無需輔助冷卻，并且與機械齒輪傳動（圖5）。

由于可以使用的磁應(yīng)力和電應(yīng)力的限制，常規(guī)電機只能實現(xiàn)相對低的扭矩輸出。對于緊湊型系統(tǒng)，通常需要機械傳動裝置以使高速，低扭矩機器與其較低速度，較高扭矩的負載相匹配，這引起了對潤滑，冷卻，維修和潛在的災(zāi)難性故障和干擾的需要超載。

PDD機器的潛在應(yīng)用范圍從混合動力車輛驅(qū)動器到直接驅(qū)動公用事業(yè)規(guī)模的風力渦輪機和船舶推進系統(tǒng)。Magnomatics說，PDD機器可以配置為徑向場，軸向場和線性拓撲。

PDD機器無疑是一個令人興奮的產(chǎn)品，但也有其他磁鐵產(chǎn)品，雖然不那么刺激，仍然以優(yōu)雅的方式解決特定的工程問題。Magnomatics說它有專業(yè)知識和建模能力來解決這些問題。例如，磁性聯(lián)接器可以將扭矩從一個系統(tǒng)傳遞到另一個系統(tǒng)，同時保持氣密密封以防止泄漏和污染。聯(lián)軸器是同步的（輸出軸速度恰好等于輸入速度），并且這種聯(lián)軸器可以設(shè)計成具有最大100％的機械效率。磁耦合器廣泛用于泵，以將電動機與液體隔離，并消除具有有限壽命且易于泄漏的動態(tài)密封; 相反，膜或密封壁位于轉(zhuǎn)子之間的磁隙中。

在某些方面類似于磁耦合，渦流或感應(yīng)耦合用作限制扭矩的功率傳輸元件，以防止在過載下的傳動系故障。聯(lián)接器是魯棒的，并且當針對應(yīng)用優(yōu)化時，可以非常有效。如果需要，扭矩分布可以被定制為提供連接以不同速度旋轉(zhuǎn)的軸并且安全地重新接合驅(qū)動器而不引入傳動系沖擊負載的能力。該裝置可以是具有永磁體激勵的純無源的，或者具有纏繞場激勵的有源的; 這允許控制負載容量并且系統(tǒng)快速地去耦合。

每組應(yīng)用要求導(dǎo)致不同的設(shè)計，其中扭矩速度曲線和效率與制造復(fù)雜性和系統(tǒng)成本平衡。Magnomatics為諸如高性能重量優(yōu)化的航空航天應(yīng)用，強勁的高沖擊工業(yè)驅(qū)動器和備用發(fā)電系統(tǒng)等領(lǐng)域設(shè)計了廣泛的傳輸耦合。該公司廣泛的建模能力使渦流電流耦合設(shè)計能夠在轉(zhuǎn)矩 – 速度特性，損耗，動態(tài)特性和熱效應(yīng)方面得到優(yōu)化，從而在給定的工作條件下實現(xiàn)最緊湊的封裝。

基于磁體的齒輪和聯(lián)軸器的近距離，渦流阻尼器使航空航天客戶能夠滿足諸如起落架和用于更多電動飛機的飛行控制表面致動的應(yīng)用的苛刻要求。渦流阻尼器還可用于結(jié)構(gòu)的隔振，用于高性能車輛的發(fā)動機支架，力反饋裝置和工業(yè)運動控制。