磁力联轴器

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磁力联轴器实现洁净、静音、安全的运动 — 由非接触技术驱动

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按行业划分的应用潜力

什么是磁力联轴器？— 工作原理

联轴器是一种用于连接两根轴，并传递动力或旋转运动的机械部件。
传统联轴器（如下方左图所示）通过机械方式连接输入轴和输出轴，将动力从一根轴传递到另一根轴。
相比之下，磁力联轴器（如下方右图所示）利用永久磁铁的磁力，在输入轴和输出轴不发生物理接触的情况下传递扭矩。
输入侧和输出侧的磁铁之间会产生磁极的吸引力和排斥力。当输入轴旋转时，这些磁力会带动输出侧的磁铁随之转动，从而将扭矩传递至输出轴。通常，磁力联轴器以1:1的速比运行，输入轴和输出轴以相同的转速同步旋转。
这种非接触式动力传递方式赋予了磁力联轴器独特的特性。由于不存在接触面，因此不会因接触面磨损而产生颗粒，也无需润滑。此外，非接触传动还有助于实现低噪音、低振动运行，并减少振动和热量从输入侧向输出侧的传递。同时，即使在输入侧和输出侧之间设置隔离壁，也能够传递动力，从而实现两侧的完全隔离。磁力联轴器还具有一定的轴心偏差容许能力，并且由于采用非接触结构，组装也更加容易。
当传递扭矩超过磁力联轴器的允许极限时，输入侧与输出侧之间的磁力同步会失效，使联轴器发生滑转。这样可以避免过大的扭矩直接传递至输出侧，并通过其内置的扭矩限制功能，帮助保护电机和机械设备免受过载造成的损伤。
凭借这些非接触式动力传递所带来的独特优势，磁力联轴器为传统联轴器难以应用的机械结构和使用环境提供了新的选择。

磁力联轴器产品

标准品

按订单生产品

上述产品数据为常温环境下的数值。

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其他磁力联轴器产品

磁力联轴器的主要特点

不会因齿面磨损而产生颗粒物

隔层传动可实现无密封结构

非接触动力传输，实现低噪音与低振动

对偏角与偏心具有高容许度，装配更加容易

过载时的磁力打滑有助于提升安全性

抑制来自输入侧的振动传递

减少来自输入轴的热传导

持久稳定的磁力性能

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磁力联轴器的工作原理

磁力联轴器与传统联轴器不同，其输入侧与输出侧之间无需物理接触即可传递动力。磁力联轴器利用钕磁体等永久磁体产生的磁力来实现动力传递。
以下将介绍磁力联轴器的基本工作原理，同时说明理解其工作方式所需的主要技术术语。

2. 同步旋转

磁力联轴器通常在输入侧和输出侧转子上采用相同数量的磁极。因此，输入侧与输出侧转子以 1:1的速比同步旋转。
当施加扭矩时，两个转子之间会产生后文所述的相位差（Lost Motion）。正是这一相位差使磁力联轴器能够在保持同步旋转的同时传递扭矩。
当传递扭矩超过磁力联轴器的最大可传递扭矩时，两个转子将失去同步并发生相对滑动（打滑）。利用这一打滑特性，可以帮助保护机械设备免受过载影响。

4. 滞后运动（Lost Motion）

什么是滞后运动？

在磁力联轴器中，滞后运动（Lost Motion）是指输入侧与输出侧之间产生的相位差（旋转位移）。当磁力联轴器传递扭矩时，输入侧与输出侧之间会根据所施加的负载扭矩产生相位差。该相位差会产生磁性恢复扭矩（使相位差趋向于恢复至零的扭矩），正是这种恢复扭矩使磁力联轴器能够传递扭矩。

相位差为零时

请参见图1。
为了便于理解，以下使用简化的8极模型进行说明。在静止状态（扭矩为零）下，红圈所示的输入侧S极与输出侧N极正好相互对齐，此时相位差为 0°。 乍看之下，可能会认为相位差为0°时磁力耦合最强，因此能够传递最大扭矩。但实际上并非如此。如上所述，磁力联轴器在负载作用下，通过输入侧与输出侧之间产生相位差来传递扭矩。这一相位差会产生传递扭矩所需的磁性恢复扭矩。 换言之，当相位差为 0° 时，不会产生磁性恢复扭矩，因此也不会传递扭矩。

相位差与传递扭矩的关系

请参见图2。
为了便于理解，本图对磁极形状和磁通分布进行了简化。在该8极模型中，一个磁极节距相当于 45°（360° ÷ 8）。随着负载扭矩增加，相位差会从 0° 开始逐渐增大。 输入侧的磁极（红圈所示的S极）逐渐远离与其相对的输出侧N极，同时逐渐接近相邻的输出侧S极。因此，异极之间的吸引力与同极之间的排斥力会同时作用。这两种力共同产生磁性恢复扭矩，使相位差趋向于减小。 在这一简化的8极模型中，当相位差达到约 22.5°，即一个磁极节距（45°）的一半时，吸引力与排斥力产生的综合旋转作用达到最大，从而产生最大的磁性恢复扭矩。因此，在约 22.5° 的相位差下，可达到最大传递扭矩。 如果负载扭矩进一步增加，则无法继续保持同步旋转，输入侧与输出侧将失去同步，并发生磁极滑移（失步）。

关于滞后运动的注意事项

在实际运行过程中，相位差会随着负载扭矩的变化而不断变化。因此，磁力联轴器的输入侧与输出侧之间可能始终存在一定程度的相位差。对于要求高定位精度或精确同步的应用，应充分考虑滞后运动的影响。

总结

• 滞后运动是指输入侧与输出侧之间的相位差（旋转位移）。
• 磁力联轴器利用该相位差产生的磁性恢复扭矩来传递扭矩。
• 随着负载扭矩增加至最大可传递扭矩，相位差以及相应的磁性恢复扭矩也会增大。
• 在本文所示的简化8极模型中，相位差约为 22.5° 时达到最大可传递扭矩。
• 当负载扭矩超过最大可传递扭矩时，会发生磁极滑移（失步）。
• 对于要求高定位精度的应用，应充分考虑滞后运动的影响。
• 滞后运动是磁力联轴器在传递扭矩过程中产生的固有运行特性。

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磁力联轴器在各行业中的潜在应用

洁净室输送系统

半导体制造设备行业

1. 颗粒产生与污染控制

潜在课题：
在半导体制造过程中，机械部件产生的磨损碎屑等微小颗粒以及润滑剂油雾，可能会导致生产良率下降。

解决方案：
磁力联轴器以非接触方式传递扭矩，不会产生因接触面磨损而导致的磨损颗粒。通过实现洁净的动力传递并减少颗粒产生，有助于提高生产良率。

2. 减少维护工作和设备停机时间

潜在课题：
机械部件的磨损以及轴密封件的定期维护可能会导致设备停机，从而降低生产效率。

解决方案：
由于磁力联轴器在输入侧与输出侧之间以非接触方式传递扭矩，因此可以减少因直接机械接触而产生的磨损。此外，还可以隔着隔离壁传递动力，从而实现无需动态轴密封的无密封结构。这些特点有助于减少维护需求和设备停机时间，同时降低总体拥有成本（TCO）。

3. 适用于真空及密封工艺

潜在课题：
在真空腔体及特殊气体环境中，旋转轴密封处的泄漏以及放气可能会成为问题。

解决方案：
磁力联轴器能够隔着隔离壁以非接触方式传递扭矩，无需让旋转轴贯穿隔离壁。这有助于保持较高的气密性，并提高真空设备及密闭工艺的可靠性。
能否实现非接触扭矩传递以及可传递扭矩的大小，取决于隔离壁的材料、厚度等因素。

机器人行业

1. 磨损与维护

潜在课题：
机器人持续运行可能会导致驱动部件磨损，从而需要进行零部件更换及其他维护工作。

解决方案：
由于磁力联轴器在输入侧与输出侧之间以非接触方式传递扭矩，因此可以减少因直接机械接触而产生的磨损，从而有助于降低因磨损而产生的维护需求。

2. 碰撞及过载造成的损坏

潜在课题：
当机器人与工件或周边设备发生碰撞，或受到意外过载时，电机、减速机、齿轮等驱动部件可能会受到损坏。

解决方案：
当超过最大可传递扭矩时，磁极之间可以在无机械接触的情况下发生相对滑移。这有助于限制过大扭矩传递至周边驱动部件，从而降低部件损坏的风险。

3. 振动与噪音

潜在课题：
电机及驱动机构产生的振动和噪音可能会传递至机器人本体及周边设备，从而影响设备的安静运行和性能。

解决方案：
由于磁力联轴器的输入侧与输出侧之间没有物理连接，与传统机械式联轴器相比，可以减少从输入侧向输出侧直接传递的振动。此外，由于输入侧与输出侧之间不存在机械接触，还有助于减少因机械接触而产生的振动和噪音。

医疗器械行业

1. 减少维护和设备停机时间

潜在课题：
医疗设备可能需要定期更换磨损部件并对轴密封件进行维护，从而导致设备停机时间增加以及维护成本上升。

解决方案：
磁力联轴器在输入侧与输出侧之间以非接触方式传递扭矩，有助于减少因直接机械接触而产生的磨损。此外，还可以隔着隔离壁传递动力，从而实现无需动态轴密封的无密封结构。这些特点有助于减少维护需求、提高设备运行率并降低总体拥有成本（TCO）。

2. 提高清洁性与卫生性

潜在课题：
医疗设备对卫生水平有较高要求。磨损颗粒的产生可能会增加污染风险，同时增加清洁和灭菌工作的负担。

解决方案：
由于磁力联轴器在输入侧与输出侧之间以非接触方式传递动力，因此可以减少因直接机械接触而产生的磨损颗粒。由此可实现洁净的动力传递，并有助于提高医疗设备的卫生水平，实现更加洁净的运行。

3. 更低噪音、更低振动，营造更舒适的医疗环境

潜在课题：
在病房、检查室和诊疗室等场所，医疗设备产生的噪音和振动可能会影响患者的舒适度以及医务人员的工作环境。

解决方案：
由于磁力联轴器在输入侧与输出侧之间以非接触方式传递动力，因此可以减少因机械接触而产生的振动和噪音。在支持精密设备稳定运行的同时，也有助于营造更加舒适的医疗环境。

食品加工机械行业

1. 降低产品污染风险

潜在课题：
在食品加工过程中，机械部件产生的磨损颗粒可能成为产品污染源，从而导致产品质量下降，甚至引发产品召回。

解决方案：
磁力联轴器在输入侧与输出侧之间以非接触方式传递扭矩，有助于减少因直接机械接触而产生的磨损颗粒。这有助于降低磨损颗粒造成产品污染的风险，从而营造更加洁净的食品加工环境。

2. 减轻清洁与维护负担并缩短设备停机时间

潜在课题：
为了保持较高的卫生水平，食品加工设备需要频繁进行清洁，这可能会增加设备停机时间。此外，部件磨损及定期更换所造成的设备停机，也可能降低生产效率并增加维护成本。

解决方案：
磁力联轴器可以隔着隔离壁传递扭矩，从而能够在产品侧实现密闭结构。此外，由于输入侧与输出侧之间以非接触方式传递扭矩，因此可以减少因直接机械接触而产生的磨损。这些特点有助于提高清洁便利性和卫生水平，同时减轻维护负担、提高设备运行率并降低总体拥有成本（TCO）。

3. 降低过载造成设备损坏的风险

潜在课题：
在食品加工设备中，产品或异物可能发生卡滞，或者负载可能突然发生变化，从而使齿轮、电机等驱动部件承受过大的负载。其结果可能导致部件损坏、设备意外停机以及维修成本增加。

解决方案：
当施加的负载超过最大可传递扭矩时，磁力联轴器可通过磁力作用发生打滑，从而限制过大扭矩的传递。这有助于降低驱动系统部件损坏的风险，保护设备并防止意外停机。

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