磁性聯軸器

聯軸器廣泛應用在各種通用機械上，用來聯接兩根軸使其一同旋轉，以傳遞扭矩和運動。傳統的聯軸器都必須通過主動軸與從動軸的相互聯結來傳遞扭矩，其結構複雜，製造精度高，超載時容易導致部件的破壞。特別是主動軸與從動軸工作在需要相互隔離的兩種不同介質中時，必須使用密封元件進行動密封，這樣就存在要麼加大旋轉阻力來保證密封可靠，要麼密封不嚴產生泄漏的問題。另外，隨著密封元件的磨損、老化，會加劇泄漏，尤其是在有害氣體(有害液體)存在的系統中，一旦泄漏就會污染環境，危及生命。

傳統聯軸器皆為接觸式聯軸器，根據其內部是否具有彈性零件，可分為彈性聯軸器和剛性聯軸器。彈性聯軸器內部具有金屬彈簧或橡膠塑料等製成的彈性零件，所以具有緩衝吸振的功能和適應軸線偏移的能力。它適用於承受變載荷衝擊以及起動頻繁和有正反轉的場合，也適用於2軸線不能嚴格對中的場合。剛性聯軸器中沒有彈性零件，所以沒有緩衝吸振的能力。

磁力傳動聯軸器主要有2種結構：平面磁力傳動聯軸器和同軸磁力傳動聯軸器。磁體以軸向充磁，耦合磁極成軸向配置的叫平面磁力傳動聯軸器。磁體以徑向充磁，耦合磁極成徑向配置的叫同軸磁力傳動聯軸器，如圖1所示。

現以同軸磁力傳動聯軸器為例，來說明其工作原理。磁力傳動聯軸器由外磁體、內磁體和隔離罩組成。內、外磁體均由沿徑向磁化且充磁方向相反的永磁體組成，永磁體以不同極性沿圓周方向交替排列，並固定在低碳鋼鋼圈上，形成磁斷路連體。隔離罩採用非鐵素體(因而是非磁性)的高電阻材料製造，一般用奧氏體不鏽鋼。在靜止狀態時，外磁體的N極(S極)與內磁體的S極(N極)相互吸引並成直線，此時轉矩為零，如圖3所示。當外磁體在動力機的帶動下旋轉時，剛開始內磁體由於摩擦力及被傳動件阻力的作用，仍處於靜止狀態，這時外磁體相對內磁體開始偏移一定的角度，由於這個角度的存在，外磁體的N極(S極)對內磁體的S極(N極)有一個拉動作用，同時外磁體的N極(S極)對內磁體的前一個N極(S極)有一個推動作用，使內磁體有一個跟著旋轉的趨勢，這就是磁力聯軸器的推拉磁路工作原理。當外磁體的N極(S極)剛好位於內磁體的2個極(S極和N極)之間時，產生的推拉力達到最大，如圖4所示，從而帶動內磁體旋轉。在傳動過程中，隔離罩將外磁體和內磁體隔開，磁力線是穿過隔離罩將外磁體的動力和運動傳給內磁體的，從而實現了無接觸的密封傳動。

磁力傳動聯軸器的發明和發展是和新型永磁材料的不斷出現密切相關的。最開始使用的是鐵氧體材料，其材料來源廣，價格便宜，但由於其磁性能較差，在與傳統聯軸器相同體積的情況下，只能傳遞較小的扭矩，因而限制了磁力聯軸器的發展。第二代永磁材料是釤鈷(SmCo5,Sm2Col7)和鋁鎳鈷(AlNiCo),它的磁性能比鐵氧體材料大大增加，因而使得製成的磁力聯軸器能傳遞較大的扭矩。但是釤鈷和鋁鎳鈷中使用的釤、鈷、鎳儲量稀少，屬於稀缺昂貴的戰略物資，因而價格很高，從而制約了磁力傳動聯軸器的發展。稀土釹鐵硼(NdFeB)永磁材料，其最大磁能積(BH)max達到286 6kJ/m,成為繼釤鈷和鋁鎳鈷之後的第三代永磁材料。釹鐵硼(NdFeB)不僅磁性能比更加優異，而且原材料資源豐富，他可以廉價的鐵(Fe)代鈷，以豐富的釹(Nd)代釤，故其價格比釤鈷和鋁鎳鈷低廉，市場競爭力強，便於推廣應用。同時釹鐵硼的磁能積高，需用量少，加工性能好，可進行切削和鑽孔，成品率高，故可縮小磁力傳動聯軸器的體積，降低成本，提高功效，節省能源，目前已廣泛應用於磁力傳動聯軸器中。

磁力傳動聯軸器的成功應用之一是其與泵的結合——磁力泵。以前，它作為貴重的特殊產品迫不得已時才選用，現在它的應用領域很寬。石油化工、醫藥、電影、電鍍、核動力等行業中的液體大都具有腐蝕性、易燃、易爆、有毒、貴重，泄漏帶來工作液體的浪費與環境污染；真空、半導體工業要防止外界氣體的侵入；飲食、生物、醫藥要保證介質的純凈衛生。磁力傳動聯軸器在這些領域找到了用武之地，可以說磁力泵是磁性材料的一大市場。

將磁力傳動聯軸器特別是永磁聯軸器應用於閥門上，閥桿不穿過閥蓋，省略了填料函，得名為全封閉無填料永磁傳動閥。該閥門由於無填料函，可長期安全可靠地運行；閥桿與填料間無摩擦力矩，轉動省力；負壓操作無外界氣體進入。截止閥、閘板閥、球閥、碟閥等一切工業閥門均可以改造成全封閉閥門。反應釜是化工廠廣泛使用的一種混合反應設備，液體的攪拌往往在壓力下進行，反應物具有一定的溫度和腐蝕性、揮發性，因此，轉軸的密封成為反應釜的一個重要問題。帶有攪拌器的反應設備應用磁力傳動，除實現了絕對密封之外，尚可避免介質的氧化和冷凝。

隨著磁性材料的發展以及新型磁性材料的出現，磁力傳動聯軸器傳遞的扭矩將愈來愈大，體積將愈來愈小，它的應用範圍將愈來愈廣，除了泵和反應釜以外，閥門、液壓缸和氣缸以及其他一些需解決動密封泄漏問題的場合都可應用。可以預計，磁力傳動聯軸器將會有一個非常廣闊的市場前景。

磁力傳動聯軸器在工業發達國家已形成專業標準，有定型產品在國際市場出售。