底入式磁力搅拌的传动形式可分为两种，圆筒型和圆盘型（见图2）。 圆筒型磁力传动为径向耦合，磁钢利用率高，空间布置大，在相同的磁参数下能获得较大的传递转矩，故被广泛采用，尤其是用于大功率的磁转矩。圆盘型磁力传动为轴向耦合，其优点在于可以简化磁钢的几何形状和磁传动装置的轴向尺寸，但由于其磁传动效率较低，仅适用于传递转矩较小的场合。1．3 旁入式磁力搅拌装置 随着化学工业的发展，技术装备向大型化，高效能发展，国内500m3的反应器屡见不鲜，其反映出问题的主要原因是大容积反应器中搅拌效率明显降低，搅拌效能并不简单遵从几何放大规律，采用常规的顶人式或底入式磁力搅拌装置，庞大的设备造价、能耗和负荷使人难以接受，因此必须为大型容器提供一种旁人式磁力搅拌装置，在大型容器中的介质的适当深度位置插入搅拌器，同时采用多机组合和定向布置，使其达到最佳反应效果，可誉为一种高效能搅拌装置。
旁人式磁力传动装置（亦称磁力传动侧搅拌）在某些特殊的场合也得到广泛的应用（见图3）。2 磁转矩的优化设计 为了满足搅拌器在各种工况下的启动、运行，内外磁转子不得产生滑脱现象，而必须具有余裕的磁转矩，因此磁力传动搅拌装置在应用中的一个关键问题即为磁路的设计与计算。根据有关的文献，计算磁转矩的方法很多，国内致力于磁传动研究的有识之士为了进行高精度的计算，先后推出了二维静磁场有限元素法（FEM）、二维（2D）与三维（3D）圆柱气隙、瓦形磁体径向磁化联轴器分析法、等效磁荷法（即磁荷积分法）都为永磁联轴器的设计提供了很有价值的研究成果。但是由于磁场分布的复杂性，利用电磁场的分析将永磁体处理成边界电流模型等等，都要做大量的数学、电磁学推导，计算费时。工程上的应用最关注的是计算的力学行为，简明实用而又精确的计算程序。本文主要针对应用最广泛的圆筒型磁力耦合器的设计进行阐述。2．1 力学特性 为了实用目的，从技术性和经济性全面考虑对磁力耦合器设计的评定，我们采用如下三个不同指标： （1）单位磁体积的最大转矩；（2）耦合器总体积给定时最大转矩；（3）对一给定转矩的最低价格。只有同时考虑到上述条件的设计才是最佳化设计。圆筒形磁传动装置（见图4）磁体通常由n个径向磁化而充磁方向相反的瓦形磁钢组成（n=磁极数）。在驱动（外磁钢）和从动（内磁钢）的圆筒形磁体里，有n／2个N极和n／2个s极在表面沿周向成偶数交替排列。其转矩大小取决于耦合器外磁钢相对于内磁钢的位角Ψ（见图5），可能有下列几种情况。
Ψ=0：相反极性的磁极彼此面正对着。 0
2．2 磁路设计 图7从动磁极的动力学分析永久磁铁、工作气隙和磁导体三者构成永磁磁路。这里指的是使用永久磁体构成的磁路。磁路设计的任务是，除了使永磁体在一定的气隙内提供所需要的磁场外，还应使磁传动装置具有最小的尺寸、最轻的重量、最低的成本和高的磁稳定性。 （1）磁性材料的选择 用于传递转矩的磁性材料，不仅需要高的磁感应强度（Br），而且还需要高的矫顽力（Hc）和磁能积（BH）max。适应这种要求的磁性材料有铁氧体类磁钢和稀土类磁钢。1983年问世的被称为第三代稀土永磁的钕铁硼（Nd—Fe—B）具有最优越的磁能积。 稀土类磁钢的钐钴合金，由于其温度系较低（a[sub]t[/sub]=一0．03%／℃）虽然价格昂贵，但在高温（>150℃）搅拌工况条件下，也是首选。Nd—Fe—B磁性材料，由于磁性能优异、价格低廉，对于圆筒形组合式磁路结构可以获得令人满意的磁转矩，这类永磁耦合器具有体积小、重量轻、功率大、效率高等独特优点，因此被广泛应用于磁力搅拌反应釜上。 （2）工作气隙与理想极数 通常一个磁力耦合器的绝对气隙几何尺寸（R3一R2），或相对气隙的几何尺寸（r=R2／R3）是给定的（见图8）。为了找到耦合器的最佳尺寸，常常要改变参数R1与R4和磁极n，而磁钢极数将在很大程度上影响磁路的传动效率。在图8中根据不同的r（相对气隙）给出了理想极数n，可以看出理想极数随r的增加（即减少气隙）而急剧增加，因为极数只可能是偶数，故曲线是一个个孤立的点组成，图8表示了理想极数的可能分布宽度。因为Ψ=л／n，所以从理想极数n可以求得耦合器最大允许扭转角。 有关研究资料还表明，当磁路尺寸确定后，理想极数还可以通过计算进行确定
式中Kj— 极性系数，当 =4时，为最佳极数 D3—外磁钢内径 Lg—气隙 在某些情况下，从提高磁转矩考虑，极数较多可能更好些；考虑到气隙的退磁作用，在许可范围内气隙尽量设计得小些，合理的磁钢极数和气隙大小，也只有通过磁路计算来确定。3 磁转矩计算 磁路计算的目的是精确地计算出磁转矩的大小，使其与搅拌功率匹配。我们根据多年从事磁性联轴器的设计、计算、实验与应用的实践经验总结出的磁转矩计算方法在工程上有一定的应用价值。本计算方法与以往的一些计算方法不同的是，在计算过程中不需要人为的添加一些修正系数，而是对磁性材料的主要特性——磁感应强度（Br）的取值，根据磁路参数的不同作出合理的定义，直接利用公式进行计算。3．1 磁力耦合器的静磁场计算 圆筒形磁力耦合器是由两个磁环组成，每个磁环又是由n个N、S极交替排列的瓦形磁钢组成，所以气隙中心的磁感应强度是由相对的内、外两块磁钢产生的磁感应强度的叠加。 气隙中内磁钢的磁感应强度为
气隙中外磁钢的磁感应强度 
3．2 最大磁转矩计算 如前述，磁转矩和磁体位移角（ ）的函数关系呈正弦规律变化，而且T[sub]max[/sub]=T（Ψ=л／n），实践证明，当位移角等于Ψ时，在吸斥式磁路中产生的转矩最大。根据磁转矩与静磁场之间的关系，磁转矩的表达式为 
在磁力搅拌装置中，常将内、外磁钢采用不同的磁性材料进行组合，以获得最经济、最理想的效果，这时，为了更精确地计算磁转矩，对式（3）需进行分解。内磁钢产生的磁转矩
外磁钢产生的磁转矩
我们利用式（4）、式（5）对MTC系列磁力传动搅拌装置的磁转矩进行计算并与实测值作了比较（见表1），可以看出其计算精度在工程应用中是可行的。3．3 磁转矩与温度 随着温度的升高，会导致磁转矩的下降，这是由于磁感应强度随温度升高而下降的缘故。钕铁硼磁钢对温度的变化较为敏感，其磁温度系数（a[sub]t[/sub]）约在一0．14%／℃左右，在计算中可以认为当温度为t℃时
因此，必须考虑釜内搅拌的最高工作温度。并计算出在此温度下磁转矩之大小，来作为磁路设计的依据，这样能确保磁力耦合器的可靠工作。4 结束语 通过理论探索和实验研究，我们把文中变化参数的烦琐计算引入计算机程序化设计，根据设计要求输入磁路参数，进行比较并打印出最佳数值：从而避免了大量不必要的重复计算，最后在转矩测试仪上对计算值的精确度进行较核，为下一次磁路参数输入值正提供可靠的依据。参考文献：1 关醒凡编著，现代泵技术手册北京：宇航出版社，19952 [日]牧野升，磁钢设计与应用。北京：机械工业出版社．19823 赵克中编著，磁力驱动技术与设备北京：化学工业出版社，2004
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