磁力联轴器研究发展现状

摘要：磁力联轴器是石油、化工、电镀等行业中常用的一种机械部件，目前研究较多的主要有三种：同步圆筒式磁力联轴器、异步平盘式磁力联轴器、异步圆筒式磁力联轴器，通过对这三种磁力联轴器的发展现状进行研究，分析了它们的异同点，有助于对磁力联轴器进行进一步的探索。

关键词：磁力联轴器；同步；异步；圆筒式；平盘式中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2013）01019702

1前言

机械动力系统传输过程中联轴器是其中的一种常用部件。磁力联轴器是联轴器中较特殊的一种，它的研发最初是为了解决输送过程中的泄漏问题，最大特点是将轴与机体的动密封转换为隔离套与机体的静密封，从而解决了泄漏问题。其主要的结构特点是用隔离套将内转子与从动件完全封闭在机体内部，在没有机械接触的情况下，通过磁力耦合将主动件的运动形式、动力传递给从动件。磁力联轴器目前已在石油、化工、造纸、电镀等行业得到了广泛应用。

2磁力联轴器的研究发展概况

磁力联轴器最早主要是为了应用于磁力泵中，而世界上第一台磁力泵是由英国的HMD公司于1946年研发出来的，之后在英国的ICI公司得到了应用。几年后前西德也研制成功，之后在Bayer化学公司得到了使用。到目前为止，国外对磁力泵的研究已经比较成熟，由于应用领域的不断拓宽，其设计的发展方向也逐渐趋向于复杂化、微型化、标准化、系列化和大型化。为了提高磁力泵的性能，对磁力联轴器性能的研究是一个主要方面。根据工作原理不同，对目前国内外研究较多的磁力联轴器进行分类，可以分为两大类：同步磁力联轴器和异步磁力联轴器；根据结构不同磁力联轴器可以分为圆筒式磁力联轴器和平盘式磁力联轴器。

2.1同步圆筒式磁力联轴器的研究发展概况

同步圆筒式磁力联轴器，其结构如图1所示。内、外转子的圆周上布置有体积大小相同的小块永磁体，这些永磁体按南、北极交替均匀的周向排列。此种磁力联轴器运用了磁极之间同性相斥，异性相吸的工作原理。其工作过程为：电机驱动外转子旋转，外转子上的永磁体相对于内转子永磁体有一个转角，两组永磁体产生推拉磁力作用，在此磁力的作用下使内转子转动。此种磁力联轴器能够获得较高的输出扭矩，并且运行稳定，效率高，无需使用轴封，因此不存在泄漏问题，可以很好的应用到一些危险领域中。同步圆筒式磁力联轴器的研究已较成熟，并且已经产品化，得到了广泛应用，国内也已有很多生产同步磁力联轴器的企业。

2.2 异步平盘式磁力联轴器的研究发展概况

异步平盘式磁力联轴器是一种涡流转动式磁力联轴器，其结构特点为安装磁体的元件为平盘结构，主、从动盘横向排列。此种磁力联轴器是由美国俄勒冈国家大学等于1995年开始开发和研究的，主要用于连接电机和负载，其传动效率较高。目前对此种联轴器的研究主要有采用层分析理论对此种磁力联轴器的磁场、扭矩和传递性能进行研究，并对此种磁力联轴器进行分析优化设计。近年，对此种联轴器的可调速型研究较多，发展也较迅速，已在生产领域得到了广泛应用。目前，吉林大学等已对此种磁力联轴器做了相关的研究，其中主要的研究类型有固定气隙式、延迟型、扭矩限制型等。

2.3异步圆筒式磁力联轴器的研究发展概况

永磁体是磁力联轴器的重要构成部分，永磁体材料一般采用铁钕材料，此种永磁材料具有热稳定性差、高温会产生退磁现象。当磁力联轴器应用于需要输送高温介质的场合时，介质的高温以及涡流产生的热量达到永磁体的高温退磁温度时，就会影响磁力联轴器的输送扭矩及效率，并且减短磁力联轴器的使用寿命。这一局限性限制了同步磁力联轴器应用范围。江苏大学许士芬研究所为了解决同步磁力联轴器高温退磁的现象，拓宽磁力联轴器的应用范围，从结构、原理上进行改革，根据电磁感应原理，研制出了多种耐高温的磁力联轴器，其最大的结构特点是只在外转子上布置永磁体。以下介绍三种耐高温的异步圆筒式磁力联轴器。

鼠笼式异步磁力联轴器，其结构如图2所示。外转子上布置有永磁体，内转子的结构设计则是借鉴了异步电机的鼠笼式转子。由于结构的相似性，因此，它的工作原理也与鼠笼式异步电机的相似，即电磁感应原理。其结构特点是内转子的周向无永磁体，内转子由实心转子基体与端环以及导条组成，而只在外转子的周向布置有永磁体，并且用隔离套密封住泵输送的高温介质，使得外转子上的永磁体与高温介质无直接接触，若隔离套采用非导体材料制作，能隔绝或者减缓介质温度的扩散，从而降低了介质温度对永磁体高温退磁的影响，因此此种磁力联轴器对输送介质的温度没有严格的要求，它可用于输送高温介质的场合。

普通实心异步磁力联轴器，其结构如图3所示。其结构特点是内转子采用普通的实心转子，实心转子上无永磁体布置，而在外转子的周向均匀镶嵌有同等大小的永磁体，其工作原理为电磁感应原理。普通实心磁力联轴器采用实心转子具有启动性能好、结构简单、加工方便等优点，但是其电磁转矩、传动效率偏低，因此在此基础上提出了双层实心异步磁力联轴器。

双层实心磁力联轴器在普通实心异步磁力联轴器的结构基础上，在内转子的表面增加了一层良导体，其工作原理与普通实心磁力联轴器基本一样。双层实心异步磁力联轴器也具有启动特性好等特点。在普通实心异步磁力联轴器基础上改良的双层实心异步磁力联轴器，具有较高的传动性能，通过实验已经证明了其传递扭矩及传递效率明显高于普通实心异步磁力联轴器。

3各类磁力联轴器的比较

根据以上各类磁力联轴器的介绍，对同步圆筒式磁力联轴器与异步圆筒式磁力联轴器进行比较，总结如下：

（1）结构异同：前者内外转子上都布置有永磁体，后者只在外转子上布置有永磁体，即两者外转子结构相同，内转子结构不同。

（2）工作原理不同：前者根据永磁体同性相斥，异性相吸的原理工作；后者根据电磁感应原理工作。

（3）输送介质温度限制范围不同：在没有冷却装置以及特殊设计情况下，同步圆筒式磁力联轴器对输送的高温介质的温度高低限制较大，而异步圆筒式磁力联轴器对介质的温度高低限制较小。

（4）产生涡流的位置不同：前者只有隔离套上存在涡流，而后者在内转子及隔离套上都存在涡流。

（5）实用性：前者因传动效率高目前已广泛应用于各个领域，而目前开发的异步圆筒式磁力联轴器虽已具备了实用化的条件，但其传动性能还稍逊于同步圆筒式。

将异步圆筒式磁力联轴器与异步平盘式磁力联轴器进行比较：

（1）结构不同：前者为圆筒式结构，内外转子之间由隔离套隔开；后者为平盘式结构，两侧转子之间无隔离套隔开。

（2）工作原理相同：两种磁力联轴器都是根据电磁感应原理工作。

（3）应用场合不同：前者可解决密封问题，适用于化工等需要密封的场合，而异步平盘式磁力联轴器内没有隔离套装置，可以代替传统磁力联轴器使用，但不能应用于跑滴漏场合。

4结束语

本文通过对各类磁力联轴器发展概况的研究，分析比较了各类磁力联轴器的异同，有助于对磁力联轴器进行进一步的研究。

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