機(jī)械研究論文：磁力聯(lián)軸器研發(fā)現(xiàn)狀探討

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本文作者：王晶晶、鄭鵬飛 單位：義烏工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院

同步圓筒式磁力聯(lián)軸器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的圓周上布置有體積大小相同的小塊永磁體，這些永磁體按南、北極交替均勻的周向排列。此種磁力聯(lián)軸器運(yùn)用了磁極之間同性相斥，異性相吸的工作原理。其工作過(guò)程為：電機(jī)驅(qū)動(dòng)外轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，外轉(zhuǎn)子上的永磁體相對(duì)于內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體有一個(gè)轉(zhuǎn)角，兩組永磁體產(chǎn)生推拉磁力作用，在此磁力的作用下使內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。此種磁力聯(lián)軸器能夠獲得較高的輸出扭矩，并且運(yùn)行穩(wěn)定，效率高，無(wú)需使用軸封，因此不存在泄漏問(wèn)題，可以很好的應(yīng)用到一些危險(xiǎn)領(lǐng)域中。同步圓筒式磁力聯(lián)軸器的研究已較成熟，并且已經(jīng)產(chǎn)品化，得到了廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)也已有很多生產(chǎn)同步磁力聯(lián)軸器的企業(yè)。

異步平盤(pán)式磁力聯(lián)軸器是一種渦流轉(zhuǎn)動(dòng)式磁力聯(lián)軸器，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為安裝磁體的元件為平盤(pán)結(jié)構(gòu)，主、從動(dòng)盤(pán)橫向排列。此種磁力聯(lián)軸器是由美國(guó)俄勒岡國(guó)家大學(xué)等于1995年開(kāi)始開(kāi)發(fā)和研究的，主要用于連接電機(jī)和負(fù)載，其傳動(dòng)效率較高。目前對(duì)此種聯(lián)軸器的研究主要有采用層分析理論對(duì)此種磁力聯(lián)軸器的磁場(chǎng)、扭矩和傳遞性能進(jìn)行研究，并對(duì)此種磁力聯(lián)軸器進(jìn)行分析優(yōu)化設(shè)計(jì)。近年，對(duì)此種聯(lián)軸器的可調(diào)速型研究較多，發(fā)展也較迅速，已在生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，吉林大學(xué)等已對(duì)此種磁力聯(lián)軸器做了相關(guān)的研究，其中主要的研究類(lèi)型有固定氣隙式、延遲型、扭矩限制型等。

永磁體是磁力聯(lián)軸器的重要構(gòu)成部分，永磁體材料一般采用鐵釹錋材料，此種永磁材料具有熱穩(wěn)定性差、高溫會(huì)產(chǎn)生退磁現(xiàn)象。當(dāng)磁力聯(lián)軸器應(yīng)用于需要輸送高溫介質(zhì)的場(chǎng)合時(shí)，介質(zhì)的高溫以及渦流產(chǎn)生的熱量達(dá)到永磁體的高溫退磁溫度時(shí)，就會(huì)影響磁力聯(lián)軸器的輸送扭矩及效率，并且減短磁力聯(lián)軸器的使用壽命。這一局限性限制了同步磁力聯(lián)軸器應(yīng)用范圍。江蘇大學(xué)許士芬研究所為了解決同步磁力聯(lián)軸器高溫退磁的現(xiàn)象，拓寬磁力聯(lián)軸器的應(yīng)用范圍，從結(jié)構(gòu)、原理上進(jìn)行改革，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，研制出了多種耐高溫的磁力聯(lián)軸器，其最大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是只在外轉(zhuǎn)子上布置永磁體。以下介紹三種耐高溫的異步圓筒式磁力聯(lián)軸器。

鼠籠式異步磁力聯(lián)軸器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。外轉(zhuǎn)子上布置有永磁體，內(nèi)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是借鑒了異步電機(jī)的鼠籠式轉(zhuǎn)子。由于結(jié)構(gòu)的相似性，因此，它的工作原理也與鼠籠式異步電機(jī)的相似，即電磁感應(yīng)原理。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是內(nèi)轉(zhuǎn)子的周向無(wú)永磁體，內(nèi)轉(zhuǎn)子由實(shí)心轉(zhuǎn)子基體與端環(huán)以及導(dǎo)條組成，而只在外轉(zhuǎn)子的周向布置有永磁體，并且用隔離套密封住泵輸送的高溫介質(zhì)，使得外轉(zhuǎn)子上的永磁體與高溫介質(zhì)無(wú)直接接觸，若隔離套采用非導(dǎo)體材料制作，能隔絕或者減緩介質(zhì)溫度的擴(kuò)散，從而降低了介質(zhì)溫度對(duì)永磁體高溫退磁的影響，因此此種磁力聯(lián)軸器對(duì)輸送介質(zhì)的溫度沒(méi)有嚴(yán)格的要求，它可用于輸送高溫介質(zhì)的場(chǎng)合。

普通實(shí)心異步磁力聯(lián)軸器，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是內(nèi)轉(zhuǎn)子采用普通的實(shí)心轉(zhuǎn)子，實(shí)心轉(zhuǎn)子上無(wú)永磁體布置，而在外轉(zhuǎn)子的周向均勻鑲嵌有同等大小的永磁體，其工作原理為電磁感應(yīng)原理。普通實(shí)心磁力聯(lián)軸器采用實(shí)心轉(zhuǎn)子具有啟動(dòng)性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便等優(yōu)點(diǎn)，但是其電磁轉(zhuǎn)矩、傳動(dòng)效率偏低，因此在此基礎(chǔ)上提出了雙層實(shí)心異步磁力聯(lián)軸器。雙層實(shí)心磁力聯(lián)軸器在普通實(shí)心異步磁力聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在內(nèi)轉(zhuǎn)子的表面增加了一層良導(dǎo)體，其工作原理與普通實(shí)心磁力聯(lián)軸器基本一樣。

雙層實(shí)心異步磁力聯(lián)軸器也具有啟動(dòng)特性好等特點(diǎn)。在普通實(shí)心異步磁力聯(lián)軸器基礎(chǔ)上改良的雙層實(shí)心異步磁力聯(lián)軸器，具有較高的傳動(dòng)性能，通過(guò)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了其傳遞扭矩及傳遞效率明顯高于普通實(shí)心異步磁力聯(lián)軸器。

根據(jù)以上各類(lèi)磁力聯(lián)軸器的介紹，對(duì)同步圓筒式磁力聯(lián)軸器與異步圓筒式磁力聯(lián)軸器進(jìn)行比較，總結(jié)如下：

（1）結(jié)構(gòu)異同：前者內(nèi)外轉(zhuǎn)子上都布置有永磁體，后者只在外轉(zhuǎn)子上布置有永磁體，即兩者外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)相同，內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同。

（2）工作原理不同：前者根據(jù)永磁體同性相斥，異性相吸的原理工作；后者根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作。

（3）輸送介質(zhì)溫度限制范圍不同：在沒(méi)有冷卻裝置以及特殊設(shè)計(jì)情況下，同步圓筒式磁力聯(lián)軸器對(duì)輸送的高溫介質(zhì)的溫度高低限制較大，而異步圓筒式磁力聯(lián)軸器對(duì)介質(zhì)的溫度高低限制較小。

（4）產(chǎn)生渦流的位置不同：前者只有隔離套上存在渦流，而后者在內(nèi)轉(zhuǎn)子及隔離套上都存在渦流。

（5）實(shí)用性：前者因傳動(dòng)效率高目前已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，而目前開(kāi)發(fā)的異步圓筒式磁力聯(lián)軸器雖已具備了實(shí)用化的條件，但其傳動(dòng)性能還稍遜于同步圓筒式。

將異步圓筒式磁力聯(lián)軸器與異步平盤(pán)式磁力聯(lián)軸器進(jìn)行比較：

（1）結(jié)構(gòu)不同：前者為圓筒式結(jié)構(gòu)，內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間由隔離套隔開(kāi)；后者為平盤(pán)式結(jié)構(gòu)，兩側(cè)轉(zhuǎn)子之間無(wú)隔離套隔開(kāi)。

（2）工作原理相同：兩種磁力聯(lián)軸器都是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作。

（3）應(yīng)用場(chǎng)合不同：前者可解決密封問(wèn)題，適用于化工等需要密封的場(chǎng)合，而異步平盤(pán)式磁力聯(lián)軸器內(nèi)沒(méi)有隔離套裝置，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)磁力聯(lián)軸器使用，但不能應(yīng)用于跑滴漏場(chǎng)合。

本文通過(guò)對(duì)各類(lèi)磁力聯(lián)軸器發(fā)展概況的研究，分析比較了各類(lèi)磁力聯(lián)軸器的異同，有助于對(duì)磁力聯(lián)軸器進(jìn)行進(jìn)一步的研究。