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探索磁力联轴器：技术革新与应用领域解析

2025-03-19 11:11

磁力联轴器技术与应用领域解析

引言

在机械动力系统的传输过程中，联轴器作为一种关键部件，发挥着不可或缺的作用。而磁力联轴器，作为联轴器的一种特殊类型，其研发初衷正是为了应对输送过程中的泄漏难题。它通过巧妙的结构设计，将轴与机体的动密封转变为隔离套与机体的静密封，从而实现了对泄漏问题的有效解决。磁力联轴器的主要构成是利用隔离套将内转子与从动件严密封闭在机体内部，并通过磁力耦合，在无机械接触的情况下，将主动件的运动形式和动力高效传递给从动件。正因如此，磁力联轴器在石油、化工、造纸、电镀等诸多行业均得到了广泛的应用与推广。

1. 磁力联轴器的研究发展概况

磁力联轴器，这一为解决输送过程中的泄漏难题而诞生的创新设计，自英国HMD公司在1946年研发出世界上第一台磁力泵以来，便开始了其不凡的旅程。随后，这一技术被英国ICI公司采纳并进一步发展。几年后，前西德也成功研制出磁力联轴器，并在Bayer化学公司得到广泛应用。至今，国外对磁力泵的研究已相当成熟，其设计趋势正朝着复杂化、微型化、标准化、系列化和大型化迈进。为了进一步提升磁力泵的性能，对磁力联轴器性能的研究显得尤为重要。目前，国内外研究较多的磁力联轴器可按工作原理分为同步和异步两大类，而按结构则可分为圆筒式和平盘式。

1.1 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、外转子的圆周上均布有尺寸相同的小块永磁体，这些永磁体按照南、北极交替的规律周向排列。该磁力联轴器利用了磁极间的同性相斥、异性相吸的原理进行工作。当电机驱动外转子旋转时，外转子上的永磁体与内转子永磁体之间产生一个转角，进而产生推拉磁力作用，驱动内转子转动。这种磁力联轴器不仅输出扭矩高，运行稳定且效率出色，更重要的是，它无需轴封，从而彻底解决了泄漏问题，非常适合应用于危险领域。目前，同步圆筒式磁力联轴器的研究已相当成熟，并已实现产品化，得到了广泛的应用，国内也有众多企业投身于同步磁力联轴器的生产。


 

图1展示了同步圆筒式磁力联轴器的结构。其内、外转子圆周上均等距地布置了尺寸相同的小块永磁体，这些永磁体遵循南、北极交替的规则进行周向排列。该磁力联轴器正是基于磁极间的同性相斥、异性相吸原理进行工作的。当电机驱动外转子开始旋转时，外转子上的永磁体与内转子永磁体之间会产生一个转角，从而引发推拉磁力作用，进而驱动内转子随之转动。这种磁力联轴器不仅具有高输出扭矩、稳定运行及高效能特点，而且无需轴封，彻底解决了潜在的泄漏问题，使其在危险领域的应用成为可能。目前，同步圆筒式磁力联轴器的研究已相当成熟，并已实现产品化，广泛应用于多个领域，同时，国内众多企业也纷纷加入到同步磁力联轴器的生产之中。

1.输入轴 2. 机体 3. 内磁体 4. 内转子 5. 输出轴 6. 隔离套 7. 外转子 8. 外磁体 9. 密封圈

1.2 异步平盘式磁力联轴器的研究进展

异步平盘式磁力联轴器，作为一种涡流转动式磁力联轴器，以其独特的平盘结构磁体元件和主、从动盘的横向排列方式，自1995年由美国俄勒冈国家大学等机构开始研发以来，便备受关注。这种联轴器主要用于电机与负载的连接，以其高传动效率在生产领域得到广泛应用。当前，对其研究主要集中在利用层分析理论探讨磁场、扭矩及传递性能，并进行优化设计。近年来，可调速型异步平盘式磁力联轴器的研究尤为活跃，发展迅速，已取得显著成果。吉林大学等国内知名学府也纷纷加入研究行列，涌现出固定气隙式、延迟型及扭矩限制型等多种研究类型。

1.3 异步圆筒式磁力联轴器的研究发展概况

永磁体作为磁力联轴器的核心组件，其材料选择至关重要。铁钕錋材料因其独特的物理特性而被广泛应用，但同时也面临着高温退磁的挑战。在高温环境下，这类永磁体不仅会失去部分磁性，还会影响磁力联轴器的性能和寿命。为了克服这一限制，拓宽磁力联轴器的应用范围，江苏大学许士芬研究所进行了深入的研究。他们基于电磁感应原理，创新性地研制出多种耐高温的异步圆筒式磁力联轴器，其独特之处在于仅在外转子上布置永磁体。这样的设计不仅有效隔离了高温介质与永磁体的直接接触，还通过选用非导体材料制作的隔离套来减缓介质温度的扩散，从而显著降低了高温介质对永磁体退磁的影响。这使得该类磁力联轴器在输送高温介质时表现出色，拓宽了其应用领域。

 

 

图2 展示了鼠笼转子异步磁力联轴器的设计。这种联轴器巧妙地利用了电磁感应原理，通过独特的结构设计，成功地将高温介质与永磁体隔离开来，从而有效降低了高温对永磁体退磁的影响。其创新之处在于仅在外转子上布置永磁体，并选用非导体材料制作的隔离套，进一步减缓了介质温度的扩散。这样的设计使得该类磁力联轴器在高温环境下仍能保持出色的性能，显著拓宽了其应用范围。

1. 从动轴 2. 机体 3. 内转子 4. 主动轴 5. 隔离套 6. 内转子基体 7. 外转子 8. 永磁体 9. 密封圈

图3展示了一种普通实心异步磁力联轴器的设计。其特点在于内转子为普通实心结构，不布置永磁体，而外转子则均匀地镶嵌了相同尺寸的永磁体。这种设计遵循电磁感应原理进行工作。普通实心磁力联轴器以其启动性能优越、结构简单和加工便捷等优势受到青睐，但同时也面临着电磁转矩和传动效率的挑战。为了克服这些不足，研究者们进一步提出了双层实心异步磁力联轴器的概念。

 

 

图3所示为一种常见的普通实心磁力联轴器设计。这种设计特点在于其内转子采用普通实心结构，并不配备永磁体，而外转子则均匀地镶嵌了尺寸相同的永磁体。这种联轴器利用电磁感应原理进行工作，具有启动性能优异、结构简单以及加工方便等优点，被广泛应用于多个领域。然而，它也面临电磁转矩和传动效率等方面的挑战。为了进一步提升性能，研究者们进一步提出了双层实心异步磁力联轴器的概念。
双层实心磁力联轴器在普通实心异步磁力联轴器的基础上进行了改进，其内转子表面增加了一层良导体，从而形成了双层结构。这种设计使得双层实心异步磁力联轴器在启动特性上依然保持优异，同时更进一步提升了其传动性能。实验结果显示，双层实心异步磁力联轴器的传递扭矩和传递效率显著高于普通的实心异步磁力联轴器。

2. 各类磁力联轴器的对比分析

将同步圆筒式磁力联轴器与异步圆筒式磁力联轴器进行对比，我们可以发现以下几点差异：

（1）结构差异：同步圆筒式磁力联轴器的内外转子上均布有永磁体，而异步圆筒式则仅在外转子上设有永磁体，即两者的外转子结构相似，而内转子结构则有所不同。
（2）工作原理不同：前者基于永磁体的同性相斥、异性相吸原理进行工作，而后者则依据电磁感应原理运作。
（3）温度限制差异：在无冷却装置及特殊设计的情况下，同步圆筒式磁力联轴器对输送高温介质的温度限制较为严格，而异步圆筒式则对介质温度的适应性更强。
（4）涡流分布不同：同步圆筒式的涡流仅存在于隔离套上，而异步圆筒式则在内转子及隔离套上均有涡流产生。
（5）实用性方面：同步圆筒式因其高传动效率已广泛应用于多个领域，尽管目前异步圆筒式已具备实用化条件，但其传动性能仍稍逊于同步圆筒式。

此外，我们还将异步圆筒式磁力联轴器与异步平盘式磁力联轴器进行了对比，发现两者在工作原理上相同，都是基于电磁感应原理进行工作。然而，在结构上，异步圆筒式采用圆筒式结构，通过隔离套将内外转子隔开，适用于需要密封的场合如化工领域；而异步平盘式则无隔离套装置，更适用于传统磁力联轴器的替代场合，但不适用于跑滴漏场合。

3. 结论

通过本文对各类磁力联轴器发展概况的深入研究与对比分析，我们更清晰地了解了各种磁力联轴器的独特之处与共同点。这样的研究不仅有助于进一步推动磁力联轴器技术的发展，也为相关领域的研究者提供了有价值的参考。

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