永磁联轴器

永磁联轴器 (PMC) 是一种传动装置，它使用永磁体在两个轴之间传递扭矩或功率，而无需直接机械接触。这种形式的磁耦合依靠永磁体之间的吸引力和排斥力来同步两个耦合部件的运动。

永磁联轴器的原理

永磁联轴器通常由两个转子组成。其中一个转子连接到驱动电机或输入轴，而另一个转子连接到负载或输出轴。每个转子上都嵌入或安装有强永磁体（例如钕磁铁、钐钴磁铁）。这些磁铁按特定模式排列，以优化扭矩传输。

磁铁通常以交替极性排列（南北-南北）。当一个极移过相反的极时，会产生吸引力或排斥力，从而使从动转子与驱动转子同步旋转。由于转子中永磁体之间磁场的相互作用，当一个转子转动时，会引起第二个转子的运动，从而传递。

滑动：PMC 的独特功能之一是它们能够在过载条件下“滑动”。当从动侧的负载超过某个阈值时，联轴器可以滑动而不会造成损坏。这种固有的滑动使 PMC 可用作扭矩限制器或安全联轴器，保护机器免受过载损坏。
无接触、无磨损：PMC 的最大优势在于它们在两根轴之间没有物理接触的情况下运行。这消除了摩擦，减少了磨损，并最大限度地减少了润滑需求。
无密封系统：在流体泵或搅拌器等应用中，PMC 可用于创建无密封系统，其中驱动电机与流体隔离。这可以防止污染并消除

永磁联轴器所传递的扭矩直接受所用永磁体材料的影响。磁铁的强度通常用其剩磁（剩余磁通密度）和矫顽力（抗退磁能力）来衡量。永磁联轴器中常用的磁铁是钕磁铁和钐钴磁铁。一些特殊的永磁联轴器也使用铝镍钴磁铁。在形状方面，磁铁通常设计成梯形、弧形、方形等，具体取决于转子的类型和形状。

每个转子中的磁极（北极和南极）数量显著影响扭矩容量。更多的磁极会产生更强、更分散的磁场相互作用，从而提高联轴器传递扭矩的能力。然而，增加磁极数量也会使系统对对准和速度变化更加敏感。

更高的极数：更高的极数会增加扭矩密度，因为它会更均匀地将磁力分布在联轴器表面上

气隙，即驱动和从动转子上两组磁铁之间的距离，是决定磁相互作用强度的关键因素，因此决定了可以传输的扭矩。

较小的气隙：较小的气隙会导致两组磁铁之间的磁场相互作用更强，从而允许传输更多的扭矩。但是，如果间隙太小，可能会导致摩擦或错位问题等实际问题。

较大的气隙：增加气隙会减少连接驱动和从动转子的磁通量，从而降低联轴器可以传输的最大扭矩。在某些情况下，这是避免物理接触或隔离所必需的，但代价是降低扭矩容量。

转子上磁铁的方向（如轴向或径向）对扭矩传递效率有很大影响。

永磁联轴器一般有两种类型，轴向永磁联轴器和径向永磁联轴器。这两种永磁联轴器的扭矩传递效率完全不同。

轴向联轴器，也叫磁力泵。它通常由内转子和外转子组成。通常外转子与电机相连，带动内转子旋转。内外转子组装后，形似两个圆柱体，圆柱体内的永磁体相互作用，产生同步旋转。

径向联轴器：磁铁排列在转子圆周上，可实现径向扭矩传递。它们通常呈圆盘状，圆盘内嵌有磁铁，靠圆盘内永磁体的相互作用产生旋转。

在某些情况下，联轴器的磁芯材料在暴露于非常强的磁场时会达到磁饱和。一旦发生饱和，材料就无法承载任何额外的磁通量，从而限制了可以传输的最大扭矩。

磁芯饱和：如果在两组磁铁之间使用铁磁材料，则在高磁场强度下会饱和，从而降低扭矩传输的有效性。

材料选择：在高扭矩应用中，最好使用具有较高磁饱和点的材料（例如铁氧体或某些钢），以防止过早饱和。

驱动转子相对于从动转子的旋转速度会影响 PMC 的性能，尤其是在高速运行时。

低速：在低速时，联轴器通常很稳定，滑动最小。扭矩传输很大程度上取决于磁场强度和转子的对准。

高速：在较高的转速下，磁铁或磁场附近的任何导电材料中的涡流和磁滞损耗等效应会降低联轴器的效率，从而降低扭矩传输。在某些情况下，如果磁力不足以保持转子同步，过高的速度会导致磁滑移。

如果在 PMC 中的磁铁附近放置任何导电材料（例如金属屏障、周围设备），由于转子移动时磁场的变化，这些材料中可能会产生涡流。

涡流损耗：这些循环电流会产生电阻损耗，产生热量并降低可用于扭矩传输的磁场强度。为了最大限度地减少涡流，通常使用电导率低的材料（例如不锈钢或非金属复合材料）作为磁铁和环境之间的屏障。

磁滞损耗：与涡流类似，由于磁畴不断反转，磁性材料本身也会产生磁滞损耗。这种影响在高速时变得显著，并会降低有效扭矩输出。

PMC工作环境的温度对决定其扭矩容量起着关键作用。永磁体，特别是钕磁铁，会随着温度升高而损失甚至失去磁力。钕磁铁通常有工作温度规定。在设计联轴器时，需要正确选择适合其温度的钕磁铁等级。在高温环境下，使用耐温性更好的材料（如钐钴磁铁）有助于在高温环境下保持扭矩容量。