磁性联轴器与永磁体

磁性联轴器是永磁材料的重要下游应用之一，今天就为大家系统地介绍一下磁性联轴器的原理、分类和应用，同时也来说说磁性联轴器中的永磁体。

什么是磁性联轴器

联轴器（coupling）是机械传动中的重要部件，通过主动轴与从动轴的相互联结来传递扭矩。下图是几中常见的联轴器形式，能够帮助大家更好的理解什么是联轴器。

传统的联轴器是接触式的，结构相对较为复杂，日常运行中会发生磨损，若是发生运行超载的情况，对其它机械部件会造成严重的磨损，这些对机械运行设备的稳定性是非常不利的。若联轴器的主动轴与从动轴需要在相互隔离的两种不同的介质中工作时，必须使用密封元件进行动密封，这样就存在要么加大旋转阻力来保证密封可靠，要么密封不严产生泄漏的问题。另外，随着密封元件的磨损、老化，会加剧泄漏，尤其是在有害气体(有害液体)存在的系统中，一旦泄漏就会污染环境，危及生命。

磁性联轴器属于非接触式联轴器，一般是由两个磁体组成，并且中间设置隔离罩将这两个磁体分开，内磁体与传动件相互连接，外磁体与动力件有效的连接，通过磁场NS极耦合相互作用传递动力。磁性联轴器具有弹性联轴器缓冲吸振的功能，此外，它打破了传统联轴器的结构形式，采用全新的磁耦合原理，实现主动轴与从动轴之间不通过直接接触便能进行力与力矩的传递，并可将动密封化为静密封，实现零泄漏。因此它广泛应用于对泄漏有特殊要求的场合。

磁性联轴器的分类

常见的磁力传动包括同步传动、磁滞传动和涡流传动三种类型，由于其各具特点，被应用在不同的领域中。

同步传动是指输出与输入同步。常见的同步联轴器结构有两种：平面型磁性联轴器和同轴型磁性联轴器。

1、平面型磁性联轴器

• 结构：在两个相同直径的圆盘上，按照NS极交叉的方式安装磁铁。使用时，把两个圆盘分别安装到主动轴和从动轴上，中间留有一定气隙。
• 原理：由于A磁体的N极吸引对面B磁体的S极，同时排斥B磁体两侧的N极，从而保证在一定力矩范围内，从动轴与主动轴保持同步转动。

• 扭矩：这种平面性传动器结构简单，安装时对两个轴的同轴度要求不高。由于是采用平面相吸的原理，因此气隙越小，扭矩越大。另外，由于传递的扭矩大小与圆盘面积成正比，因此这种磁性联轴器的扭矩不能做的太大，否则会导致尺寸过大安装困难。

2、同轴型磁性联轴器

• 同轴型磁性联轴器是目前应用最广的同步传动器，典型的应用就是磁力泵。
• 结构：同轴型磁性联轴器由外转子、内转子、隔离套和轴承系统构成，在内转子的外圆周部分和外转子的内圆周部分安装磁体，磁体为偶数极，按照NS交叉方式圆周排列。将内外转子的磁体工作面对齐，即自动耦合。隔离套和轴承系统主要用于磁力传动密封的结构中。

• 气隙与隔离：内外转子之间有一定的气隙，用于隔离主动和从动部件，气隙多在2mm-8mm之间。气隙越小，磁体的有效利用率越高，但隔离也越困难；气隙越大越方便隔离，但是磁体磁场的有效利用越差。气隙所处的半径位置，就是这种磁性联轴器的工作半径，设计时可以通过调整气隙半径的大小，来得到所需传动器的扭矩。
• 当负载超过最大扭矩时，传动器开始“打滑”，即磁体从当前的偶合状态，圆周错动跳转到下一个耦合状态。在这种打滑过程中，气隙内的磁场迅速变化，内外转子的磁体同时被对方充退磁，产生热量。短时间内温度即可迅速上升到100摄氏度以上，从而导致磁体退磁，传动器报废。因此，此类传动器虽然可以起到过载保护的作用，但一般来说并不作为过载保护装置来使用。

3、磁滞传动器

磁滞传动，就是应用磁滞原理进行传动的方式。常见的磁滞传动器，一般是类似同步传动器的同轴结构。不同的地方是，内外转子采用不同的磁性材料。一般来说，内转子（主动轴）使用高矫顽力高剩磁的材料，如钕铁硼。外转子（从动轴）采用低矫顽力的磁性材料，如铝镍钴。主动轴上的磁铁按照NS极交叉排列。当负载不大于额定扭矩时，从动轴与主动轴同步旋转；当负载超过额定值时，内外转子打滑，只有额定的扭矩被传递到从动轴上。多余的能量，以热的方式，在内磁体对外磁体的充退磁过程中释放掉。

这种磁滞传动结构常见于磁力旋盖器，它能保证瓶盖得到足够的拧紧力，同时又不至损坏瓶盖。

4、涡流传动器

把上述的任意一种磁性联轴器的从动部分的永磁材料，更换成导电性能良好的非铁磁性材料，如铜、铝材料，都可以实现涡流传动，虽然传动效率不一定很高。简单的盘式涡流传动结构如图所示：

主动盘上，按照NS交叉的方式安装高性能磁体。从动盘由导电性能良好的铜材制成。磁力线穿过铜盘。主动盘旋转，涡流带动从动铜盘跟随转动。

涡流传动，可以是同步或非同步两种状态。确切地说，同步的涡流传动，一般存在少量（5%）的不同步。如，输入1000rpm，输出950rpm。这种不同步，可以被接受为是传动损失。非同步的涡流传动，典型的应用是收放线的张紧力控制系统。通过特殊的控制，也可以通过涡流传动实现一定范围内的调速功能。

磁性联轴器使用的永磁体

磁性联轴器的发明和发展是和永磁材料的不断进步密切相关的。磁性联轴器最初使用的是铁氧体材料，但由于其磁性能较低，在与传统联轴器相同体积的情况下，只能传递较小的扭矩，因而限制了磁力联轴器的发展。

第二代永磁材料钐钴和铝镍钴磁体(AlNiCo)的磁性能比铁氧体材料大大提高，因而使得制成的磁性联轴器能传递较大的扭矩。但是钐钴和铝镍钴价格较高，严重制约了磁性传动联轴器的发展。

钕铁硼(NdFeB)永磁材料最大磁能积(BH)max达428kJ/m3，成为继钐钴之后的第三代永磁材料。钕铁硼不仅磁性能更加优异，市场竞争力也更强。钕铁硼的磁能积高，需用量少、加工性能好、可进行切削和钻孔、成品率高，因此可缩小磁性联轴器的体积，降低成本，提高功效，目前已广泛应用于磁力传动联轴器中。