当考虑磁力驱动齿轮泵在流体系统中的运用时，必须首先对磁力驱动齿轮泵技术有一个详细的了解。Micropump公司的Steven E Owen分析了这种特殊的泵技术的设计特点，并得到了磁性联轴器的一种替代方案。
磁力驱动齿轮泵有多种型号和尺寸。但是，由于测量应用场合的流量范围所限，泵的尺寸通常比较小。齿轮泵属于磁力驱动齿轮泵中的一种，它与一台密封泵同步，基于本文的考虑，使用术语“磁力驱动”。
优点
磁力驱动齿轮泵为终端用户提供了诸多优点，包括它们的尺寸小巧，流量平稳，没有动密封，无需起动注水，泵的旋转速度与流量之间具有直接关系。由于没有动密封，所以它们极为可靠并且具有可重复的性能。由于非常小巧，所以它们能够安装到许多不同应用场合中所用的各种设备上。此外，能以各种不同的方式来驱动磁力泵，包括交流电动机，直流换向器（整流式）电动机、直流无刷电动机以及步进电动机。
图1：静密封构成磁杯与泵体之间
的压力边界
密封
磁力驱动泵不需要动轴封，因此就排除了轴封故障的可能。磁力驱动泵依赖于静O形密封圈，而且经证明这些密封件的密封性能良好。如图1所示，静密封构成了磁杯与泵体之间的压力边界。被封锁的区域为从动磁铁提供一转动空间，并为液体提供流动空间，使其流出泵腔，流入泵的排放侧。磁力驱动齿轮泵还可以使用O形密封圈来密封设计方案中的其他主要零件之间的空隙，或者如该设计方案所示，使用垫圈。O形密封圈可以是径向密封或者面密封，这要取决于磁杯与泵体的连接方式。
基本操作
齿轮泵通过首先封锁齿轮啮合来提供流量。当齿轮转动，齿轮齿展开时，它们形成了一个逐渐扩大的体积和一个低压区。低压区引导液体进入泵的进口处，在这里，液体被拦截在齿轮齿与泵腔壁之间。齿轮的转动使液体绕泵腔壁流动，流入出口区并通过此处，在这里形成一个高压区。
利用渐开线几何图形可以生成齿轮的齿廓，但是它们与动力传动齿轮的外观不同。通常，齿轮齿的数量更少，齿端更利，这样能使泵送的液体体积达到最大 。齿面通过相互作用来传递扭矩，并起密封作用，以防液体从高压流向低压环境时发生渗漏。使半径大小适当增加，能将齿面处的应力降到最小程度。噪声和振动受齿轮齿隙的影响，而齿隙通过操纵齿厚压力角和中心距来控制。与动力传动齿轮不同的是，使齿隙减小到最小并不总是有利于降低噪声。
齿轮泵的容积效率由理论变化体积与实际泵送的体积之比决定。这两个体积之差就是泵内的渗漏量，损失掉的这部分液体通过内部渗漏通道流回进口处。因此，效率随液体的属性（如粘度）而变化。具有较大粘度的液体减小了泵内的渗漏量，增加了容积效率。内部渗漏通道出现在三个区域：1）在相啮合的齿轮齿面之间；2）顶住相邻泵腔壁的齿端处；3）顶住泵体和支承板的齿轮端面。当出于典型的效率需要，为了润滑而需要一些渗漏的液体时，在生产过程中严格控制齿宽、OD以及泵腔支承板。对于相邻的平面金属零件而言，这些表面通常互相重叠或者接触地面。
泵要工作就必须有这些渗漏通道，而且必须了解它们以优化齿轮泵的性能。
空腔式泵和吸力底板泵
Micropump齿轮泵有两种不同的基本泵件构造方式：空腔式和抽气底板式。空腔式泵的例子已经运用于如前所述的情况下。抽气底板泵没有刚性的泵腔板，而具有一个浮动的抽气底板。由于排放压力作用于底板的外侧，因此迫使抽气底板顶住旋转的齿端，从而在更高的压力下形成更有效的密封。因此，与空腔式泵相比，抽气底板泵得到了一个在更大压差条件下具有更大刚性的性能曲线（渗漏量更少）。
由于这些差异，所以泵的这两种构造形式的磨损程度不同。空腔式泵通常更耐用，它们的使用寿命更易预测。而具有类似尺寸和压力的抽气底板泵则通常不及前者耐用，并且不易预测它们的使用寿命。
磁性联轴器传动器
标准的Micropump磁性联轴器传动器由两个圆柱形磁铁组成。一个驱动磁铁（毂组件）与电机轴相连，一个从动或内部磁铁被泵体、O形密封圈和磁杯密封在泵头内。内部磁铁是一个潮湿的零件，它被一个模塑外壳或金属外壳所包围。无需实际接触，驱动磁铁即可使从动磁铁转动起来。在空腔式齿轮泵内，其内部磁铁直接与传动齿轮相连。通过键连接与传动齿轮轴形成这种固定连接。而对于抽气底板泵，驱动磁铁通过花键或六角连接与模塑的传动齿轮构成浮动连接。这种连接方式是必须的，因为在抽气底板泵中，传动齿轮与轴未连成一体。
磁性联轴器本身包含一个驱动（外部）和从动（内部）磁铁。两个磁铁之间的磁力线构成了电磁回路。磁铁的磁场强度根据“磁通密度”来测量，该度量是指穿过一给定面积的磁通线的数目。使磁极的数量最优化，以便在最小的空间内提供最大的抗扭磁场强度。
可以通过不同的方式来构造磁铁：将预先经过磁化的磁条放置在磁体内，或者使电流穿过相邻线圈从而在磁环内感应生成磁场。第一种方法主要利用稀土元素磁体材料，例如钐（SmCo）和钕（NdFeB），而第二种方法通常利用陶瓷铁氧体环。稀土元素磁性联轴器的磁通线比同样大小的陶瓷铁氧体联轴器更密集。
随着粘合NdFeB的发展，可以利用稀土元素材料生产模铸圆环。为了能够使NdFeB磁环达到磁性饱和，需要特别考虑磁化线圈和较高电压的设计方案。
在过载条件下，驱动泵所需的扭矩可能会超过联轴器的最大转矩，从而使联轴器解耦。这是磁力驱动泵的固有特性。联轴器解耦并不表示产品故障，只有当超出磁性联轴器的转矩极限时才会发生这种现象。联轴器解耦还起到安全作用，它防止因疏忽导致泵/电动机过载。只需简单地停机并重新起动装置即可使联轴器重新耦合。
磁性联轴器向泵传动系统的质量－弹性模型增添了一个扭转弹簧。扭转弹簧比传统的刚性联轴器脆弱得多。泵电机系统内的扭转谐振可能导致泵电动机自然解耦，虽然这种情况很少见。不够稳固的陶瓷铁氧体联轴器可能发生解耦现象，而使用更加牢固的稀土元素磁性联轴器即可解决这种现象。
图2：呈放射状的8磁极
磁性联轴器的磁力线形状
从设计的角度来看，磁性联轴器的强度由以下参数决定：
◆ 磁性材料的强度
◆ 驱动磁铁和从动磁铁之间的径向气隙
◆ 磁铁的长度
◆ 磁极的数目
◆ 磁性饱和量
协调这些参数，使联轴器在一定大小的外壳内，且成本合适。在工作中，磁性联轴器的强度随着温度的升高而下降。例如，一台工作在170°C温度下的磁力驱动泵的强度只有它在室温条件下强度的50％左右。可以达到某点，在该点处磁性材料的原子结构会自动改变、分解，这就是通常所说的居里温度。每种磁性材料的居里温度各不相同，其温度范围在300-400℃，在磁力驱动泵的常规工作流体温度范围之外。
磁性联轴器的替代品
由于永磁极产生的磁场引力的所用，可以得到如前所述的磁性联轴器。由载流定子产生磁路，进而形成磁场，这并不难。所以，能够使用定子绕组而非磁性毂组件来提供磁场。Integral SeriesTM 传动装置的设计就是运用这种方法来集成泵和电动机。由于无需毂组件和接头，所以进一步减小了外壳的尺寸，消除了解耦现象。传动装置本身没有任何活动部件，可靠性得到增强。
由于将驱动装置与泵集成到了一个独立的、小巧的部件中，因此Integral Series实现了精确、可靠的工作。由一个控制器在固定、静止的定子中感应生成旋转的电磁场，它与泵内密封的永磁铁结合在一起并使永磁铁转动。这使得泵无需与电动机实际接触就能够被驱动。监视泵的转速并根据控制器的反馈保持其速度。可以使用外部控制信号（0-5 VDC， 4-20 mA，手动）来控制泵的转速。泵与电动机紧密耦合，使得泵与传动装置之间易于密封，防止水和灰尘进入，因此保护了内部的泵和传动装置的零件。
小结
磁力驱动泵的设计特点使其具有耐用的流体泵解决方案的特点，适用于多种应用场合。磁耦合齿轮泵具有小型的外壳，它不仅可靠而且提供平滑的无波动流。严格控制齿轮组的公差，使泵内的流量精确、可重复。泵和传动装置的紧凑设计使其非常适合于OEM应用场合，包括喷墨打印、燃料电池和血液透析。此外还可采用多种方式来驱动。
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