如下圖所示為轉(zhuǎn)差式電磁離合器的原理。在主動(dòng)軸上裝有用高磁導(dǎo)率材料制成的圓筒1,習(xí)慣上稱作電樞(或在其內(nèi)壁上開(kāi)槽嵌入短路繞組),從動(dòng)軸上裝有勵(lì)磁線圈5和兩個(gè)帶齒的磁性盤(pán)2、3,永磁盤(pán)與電樞之間留有0.25~0.3mm間隙。未通電時(shí),主動(dòng)軸回轉(zhuǎn),從動(dòng)軸不動(dòng);如通過(guò)滑環(huán)與電刷4向勵(lì)磁線圈導(dǎo)入直流電時(shí),就產(chǎn)生力中虛線所示的閉合磁通(主磁通),此時(shí)由于電樞與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng),電樞切割磁場(chǎng),產(chǎn)生渦電流(如為短路繞組則產(chǎn)生感應(yīng)電流),此電流產(chǎn)生一個(gè)脈動(dòng)的電樞反應(yīng)磁場(chǎng),它與主磁通聯(lián)合產(chǎn)生電磁力矩驅(qū)動(dòng)從動(dòng)軸向向回轉(zhuǎn)。但主、從動(dòng)軸間存在的轉(zhuǎn)速差,故稱轉(zhuǎn)差式電磁離合器,國(guó)外叫做渦流離合器。
由于勵(lì)磁線圈位置與磁路結(jié)構(gòu)不同,可有多種不同的類(lèi)型。如下圖所示是用于電動(dòng)機(jī)連接的具體實(shí)例。它由兩個(gè)基本部分組成,電樞和磁極。電樞7為一筒形零件,安裝在電動(dòng)機(jī)8的軸上,以恒定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。磁極5固定在輸出軸1上,磁極的形狀如同矩形齒齒輪。勵(lì)磁線圈4繞在導(dǎo)磁體3(定子)上靜止不動(dòng)。當(dāng)電流通入線圈時(shí),圍繞線圈產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng),磁力線由線圈通過(guò)工作氣隙,引導(dǎo)到磁極,進(jìn)入轉(zhuǎn)子部件后返回線圈,形成封閉磁路。由于磁極是多個(gè)矩形凸極,表明磁場(chǎng)呈周期性變化,電樞相對(duì)磁極回轉(zhuǎn),在交變磁場(chǎng)中感應(yīng)出環(huán)繞電流(渦電流)。該感應(yīng)電流方向垂直于磁力線產(chǎn)生反磁場(chǎng)。渦流磁場(chǎng)與磁極磁場(chǎng)相互作用帶動(dòng)磁極和輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)矩的大小可用下式表示。
式中 Ft——渦流與磁極磁場(chǎng)的周向作用力,N;
D——轉(zhuǎn)子的有效直徑,m;
Pm——磁極對(duì)數(shù);
B——磁感應(yīng)強(qiáng)度,T;
l——轉(zhuǎn)子有效長(zhǎng)度,m;
zp——一個(gè)磁極下的等效阻抗,Ω;
n1、n2——主、從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速,r·min-1。
由上式可見(jiàn),這種離合器工作時(shí),主、從部分必須存在某一轉(zhuǎn)速差才有轉(zhuǎn)矩傳遞。轉(zhuǎn)矩大小取決于磁場(chǎng)強(qiáng)度和轉(zhuǎn)速差。勵(lì)磁電流保持不變,轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩增加而劇烈下降;轉(zhuǎn)矩保持不變,勵(lì)磁電流減少,轉(zhuǎn)速減少得更加嚴(yán)重。
轉(zhuǎn)差式電磁離合器由于主、從動(dòng)部件間無(wú)任何機(jī)械連接,無(wú)磨損消耗,無(wú)磁粉泄漏,無(wú)沖擊,調(diào)整勵(lì)磁電流可以改變轉(zhuǎn)速,作無(wú)級(jí)變速器使用,這是它的優(yōu)點(diǎn)。該離合器的主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子中的渦流會(huì)產(chǎn)生熱量,該熱量與轉(zhuǎn)速差成正比。低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的效率很低,效率值為主、從動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速比,即η=n2/n1。