常見磁性聯(lián)軸器及應(yīng)用

天水藍(lán)

常見磁性聯(lián)軸器及應(yīng)用

聯(lián)軸器（coupling）,，是機(jī)械傳動中重要的部件。除了常見的機(jī)械式剛性和柔性聯(lián)軸器外,，還有一類靠磁場傳動的聯(lián)軸器，即磁力聯(lián)軸器。

磁力傳動,，就是通過磁場NS極耦合相互作用傳遞動力的方式。

常見的磁力傳動,，包括同步傳動,，磁滯傳動和渦流傳動三種類型。由于其各自特點,，被應(yīng)用在不同的領(lǐng)域,。



同步傳動器
同步傳動器，顧名思義,，就是輸出與輸入同步,。常見的同步傳動器結(jié)構(gòu)有兩種：平面性傳動器和同軸（或圓筒）型傳動器。

    平面型同步傳動器

平面型傳動器的基本結(jié)構(gòu)：在兩個相同直徑的圓盤上,，按照NS極交叉的方式安裝磁鐵,。
使用時，把兩個圓盤分別安裝到主動軸和從動軸上,，中間留有一定氣隙,。由于A磁體的N極吸引對面B磁體的S極，同時排斥B磁體兩側(cè)的N極,，從而保證在一定力矩范圍內(nèi),，從動軸與主動軸保持同步轉(zhuǎn)動,。如圖：



圖中，A為氣隙,。

實際工作中,，真正NS相對的狀態(tài)，只存在于無力矩輸出的狀態(tài)下,。只要有力矩產(chǎn)生,，從動盤就會與主動盤存在一定的相位夾角。這種角向的錯動,，一直保持并增加到力矩足夠大到N極與對面的N極相對,，然后傳動器發(fā)生“打滑”， 兩個轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)錯動,，跳向下一對耦合狀態(tài),。

由于上述特性，磁力傳動雖然可以做到同步,，但是不能實現(xiàn)精密的同步傳動,。


這種平面性傳動器，結(jié)構(gòu)簡單,，安裝時對兩個軸的同軸度要求不高,。由于是采用平面相吸的原理，因此氣隙越小,，扭矩越大,。
但同時，在磁場的作用下,，軸向力（互相吸引）也成正比變化,。軸向力是這種平面型傳動器的主要缺點。另外,，由于傳遞的扭矩大小與圓盤面積有關(guān),，因此，這種傳動器的扭矩不能做的太大,，否則會導(dǎo)致尺寸過大,，安裝困難。

結(jié)構(gòu)簡單,，成本低廉,，是平面型傳動器的主要優(yōu)點。因此在某些微型隔離傳動方面有成功應(yīng)用,。
目前,，常用的簡單結(jié)構(gòu)平面型傳動器，扭矩一般都在10Nm以下,。



同軸型傳動器
同軸型傳動器,，是目前應(yīng)用最廣的同步傳動器,。典型的應(yīng)用，就是磁力泵,。

如圖,，是同軸型傳動器的結(jié)構(gòu)




一般來說，同軸型傳動器包括如下幾個部分：外轉(zhuǎn)子,， 內(nèi)轉(zhuǎn)子,， 隔離套，軸承系統(tǒng),。其中,，隔離套和軸承系統(tǒng)主要用于磁力傳動密封的結(jié)構(gòu)中。

在內(nèi)轉(zhuǎn)子的外圓周部分,，和外轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓周部分,， 分別裝上磁體。磁體為偶數(shù)極,，按照NS交叉方式圓周排列,。將內(nèi)外轉(zhuǎn)子的磁體工作面對齊，即自動耦合,。

內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙，用于隔離主動和從動部件,。氣隙的大小多在2mm-8mm之間,。氣隙越小，磁體的有效利用越高,，同時隔離也越困難,； 氣隙越大，越方便隔離,，但是磁體磁場的有效利用越差,。

氣隙所處的半徑位置，就是這種結(jié)構(gòu)傳動器的工作半徑,。因此,，設(shè)計時，可以通過調(diào)整氣隙的半徑的大小,，來得到所需傳動器的扭矩,。

氣隙不變的情況下，增加耦合磁體的軸向長度（即偶合面積）,，也可以近似等比增加扭矩,。

一般來說，此類傳動器的工作扭矩為傳動器最大扭矩的60%左右,。當(dāng)負(fù)載超過最大扭矩時,，傳動器開始“打滑”,，即磁體從當(dāng)前的偶合狀態(tài)，圓周錯動跳轉(zhuǎn)到下一個耦合狀態(tài),。在這種打滑過程中,，氣隙內(nèi)的磁場迅速變化，內(nèi)外轉(zhuǎn)子的磁體同時被對方充退磁,，產(chǎn)生熱量,。短時間內(nèi)溫度即可迅速上升到100攝氏度以上，從而導(dǎo)致磁體退磁,，傳動器報廢,。因此，此類傳動器雖然可以起到過載保護(hù)的作用,，但一般來說并不作為過載保護(hù)裝置來使用,。

目前，同軸型磁力傳動的扭矩范圍,，大都在3Nm-500Nm之間,，比較大的，可以做到2000Nm,， 本人知道的,，最大的可以做到6000Nm。

在內(nèi)外轉(zhuǎn)子之間,，安裝一個隔離套,，可以將內(nèi)轉(zhuǎn)子或者外轉(zhuǎn)子封閉起來。扭矩仍然可以傳遞,。這就是利用磁力傳動進(jìn)行密封的原理,。 磁力傳動結(jié)構(gòu)，將動密封,，轉(zhuǎn)變成為靜密封,，這也是磁力傳動的最大優(yōu)點。

隔離套,，出于強度的考慮,，一般由金屬材料制成。由于隔離套在高速交變磁場中工作,，因此產(chǎn)生嚴(yán)重的“發(fā)電”效應(yīng),，即渦流損失。材料的導(dǎo)電性能越好,，截面積越大,，轉(zhuǎn)速越高，渦流損失就越大,。因此,，隔離套盡量選擇非鐵磁性的電阻率比較高的材料,。

常用的金屬材料有奧氏體不銹鋼，鈦合金,，哈氏合金等,。
以不銹鋼為例，在離心泵1900rpm工況下,，渦流損失高達(dá)15%-20%,。哈氏合金電阻率高，強度高,，可有效降低渦流損失,。但是材料成本過高，限制了應(yīng)用,。

非金屬材料可以減小甚至完全避免渦流損失,。如果工作壓力不高，可以選用高強度的工程塑料,。國外有采用陶瓷材料制造隔離套,，渦流損失為零。但陶瓷材料易碎,，耐機(jī)械沖擊和熱沖擊性能不好,，加工復(fù)雜，價格高,，裝配困難,，因此并未得到廣泛應(yīng)用。

限制磁力傳動應(yīng)用的另一個問題是溫度,。所有的磁性材料，都有高溫退磁的問題,。
目前,，應(yīng)用最廣泛的釹鐵硼磁體制成的傳動器，工作溫度一般不超過140攝氏度,。釤鈷磁體傳動器,，一般不超過300攝氏度。特殊工藝配方的釤鈷磁體,，最高工作溫度可以達(dá)到350攝氏度,。

更高的溫度，可以采用內(nèi)轉(zhuǎn)子非磁體的結(jié)構(gòu),。一般使用導(dǎo)磁性能好的軟鐵,。如超高真空設(shè)備上使用的磁力傳動系統(tǒng)。

以上兩種磁體,，國內(nèi)都有量產(chǎn),。

磁力傳動,，屬于柔性非接觸式傳動。傳動過程中,，輸入與輸出沒有直接接觸,，而是靠磁場傳遞力矩。目前,，同步磁力傳動,，主要應(yīng)用于磁力泵，磁力攪拌釜等產(chǎn)品上,，用于替代動密封,，實現(xiàn)真正意義上得零泄漏。

在非密封傳動方面,，可實現(xiàn)隔離主動和從動軸的震動等效果,。
另外，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計,，磁力傳動也可實現(xiàn)直角,、交叉?zhèn)鲃樱瑢崿F(xiàn)類似斜齒齒輪,、傘齒輪傳動等功能,。

在傳遞轉(zhuǎn)動的同時，磁力傳動可同時實現(xiàn)軸向運動,。此類結(jié)構(gòu)可應(yīng)用在真空室等領(lǐng)域,。如，在真空室外,，通過磁力傳動,，控制真空室內(nèi)的機(jī)械動作等。


與國外相比,，目前國內(nèi)市場,，磁力傳動的應(yīng)用并不廣泛，雖然,，中國是磁性材料的生產(chǎn)大國,。

（待續(xù)）

天水藍(lán)

（續(xù)上）


磁滯傳動器

磁滯傳動，就是應(yīng)用磁滯原理進(jìn)行傳動的方式,。

常見的磁滯傳動器,，一般是類似同步傳動器的同軸結(jié)構(gòu)。不同的地方是，內(nèi)外轉(zhuǎn)子采用不同的磁性材料,。一般來說,，內(nèi)轉(zhuǎn)子（主動軸）使用高矯頑力高剩磁的材料，如釹鐵硼,。外轉(zhuǎn)子（從動軸）采用低矯頑力的磁性材料,，如鋁鎳鈷。

主動軸上的磁鐵,，根據(jù)按照NS極交叉排列,。當(dāng)負(fù)載不大于額定扭矩時，從動軸與主動軸同步旋轉(zhuǎn),；當(dāng)負(fù)載超過額定值時,，內(nèi)外轉(zhuǎn)子打滑，只有額定的扭矩被傳遞到從動軸上,。多余的能量,，以熱的方式，在內(nèi)磁體對外磁體的充退磁過程中釋放掉,。

磁滯傳動器有固定扭矩型的,，也有可調(diào)扭矩型的。前者扭矩不可調(diào),，相當(dāng)于帶過載保護(hù)的傳動器,；后者扭矩可調(diào)，一般用在收放線結(jié)構(gòu)里,，用于控制收,、放線過程中的漲緊力。

另外,，在旋蓋機(jī)構(gòu)中也可以見到這種磁滯傳動結(jié)構(gòu),，即磁力旋蓋器，以保證瓶蓋得到足夠的擰緊力,，同時又不至損壞瓶蓋或其他機(jī)械結(jié)構(gòu),。相同功能可以采用彈簧加摩擦片的方式得到。不過相對來說,，磁滯傳動部件中沒有直接摩擦，多余能量以熱的方式散發(fā)掉,，具有保養(yǎng)更簡單,，無粉塵產(chǎn)生等優(yōu)點。



渦流傳動器

把上述的任意一種傳動器的從動部分的永磁材料,，更換成導(dǎo)電性能良好的非鐵磁性材料,，如銅、鋁材料，都可以實現(xiàn)渦流傳動,，雖然傳動效率不一定很高,。

簡單的盤式渦流傳動結(jié)構(gòu)如圖所示：


主動盤上，按照NS交叉的方式安裝高性能磁體,。從動盤由導(dǎo)電性能良好的銅材制成,。
磁力線穿過銅盤。主動盤旋轉(zhuǎn),，渦流帶動從動銅盤跟隨轉(zhuǎn)動,。
渦流傳動，可以是同步或非同步兩種狀態(tài),。確切地說,，同步的渦流傳動，一般存在少量（5%）的不同步,。如,，輸入1000rpm，輸出950rpm,。這種不同步,，可以被接受為是傳動損失。

非同步的渦流傳動,，典型的應(yīng)用是收放線的漲緊力控制系統(tǒng),。


通過特殊的控制，可以通過渦流傳動實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的調(diào)速功能,。推薦范圍為80%-100%之間的速度控制,，用以替代變頻調(diào)速。特別是這個變速范圍內(nèi)的大功率電機(jī)調(diào)速,，成本要低于變頻調(diào)速的方式,。

這種可調(diào)轉(zhuǎn)速的傳動器，最大扭矩可達(dá)到6000Nm,。這種大扭矩的傳動器,，可以簡單實現(xiàn)軟啟動，這也是其重要特點之一,。





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2008-8-30 15:14 上傳

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[ 本帖最后由 天水藍(lán) 于 2008-8-30 15:15 編輯 ]

黃其周

長了見識!!!!!

jucc

受益非淺呀,謝謝樓主

五民

感覺比較新,但應(yīng)用上有什么長處呢

巍峨的山峰

收藏了,，謝謝樓主,。

森虎添翼

收藏了，謝謝樓主,。

紅樓夢中人

很少看見有用的,，不知道成本上可有優(yōu)勢?

天水藍(lán)

原帖由 紅樓夢中人 于 2008-8-30 22:51 發(fā)表
很少看見有用的,，不知道成本上可有優(yōu)勢?

對于同步傳動來說，隔離,，是這種結(jié)構(gòu)的最大特點,，是其它結(jié)構(gòu)無法做到的。
因此,，有的時候,，是否使用，不是成本的問題,，而是別無他選,。

胡雷

一個新行的傳動方式不知道現(xiàn)在應(yīng)用怎末樣