AUTO PARTS | 汽车零部件
林建军　林子程　杨景文　袁永锋　林永汉　李书其　叶伟军
龙泉市中泰汽车空调有限公司　浙江省龙泉市　323700
摘 要： 电磁离合器在航空航天、汽车、家用设备等行业有着广泛应用，本文总结了近年来电磁离合器产业的发展，概括了电磁离合器的分类、理论研究和应用方面的最新进展。
关键词：电磁离合器　分类　理论研究　应用
1　引言
离合器是汽车零部件的重要组成部分，在1820年到1830年才出现了多片盘式、干式单片离合器，并且从这时起，除了汽车行业，其他制造行业也纷纷引入离合器。约在1920年，离合器出现了一种新的形式：干式单片型电磁离合器。并在此基础上研发出了干式多片型、湿式多片型结构。在自动雕刻机上首先出现了这种技术。再加上磁力传动技术的兴起，电磁离合器也就随之而来，电磁离合器能够满足远程操控及自动化的要求，且它的响应速度很快，操作简便，调节灵敏度很高，生产效率得到了有效的提升，人们看到了电磁离合器的重大潜力，电磁离合器也被投入到各个行业之中。
世界第一台离合器诞生于1889年，现今已经有了百余年发展历史，也已经积累了无数人的知识经验。随着社会经济的不断发展，尤其是当下信息时代的快速发展，对于电磁离合器的发展有着极大的帮助。在亚洲区域，日本生产电磁离合器的数量要远高于其他国家，从1966年到1992年，日本电磁离合器的年产量从十万台左右提升至500万台，实现了巨大飞跃。在我国，台湾某公司于1970年后开始生产电磁离合器，目前每年生产量年也超30万台。然而内地的电磁离合器技术和相关的机械工艺发展较晚，在1980年之后
才开始有相关技术产品的研究，但随着我国
近年来的飞速发展，电磁离合器行业的研发
也逐步提升，无论在航空、航天、军工国防、
民用机械等行业都可以见到电磁离合器的身
影。可以看出我国电磁离合器也受到了极大
的关注，发展也越来越迅速，在工业飞速发
展的当下，研究电磁离合器技术无疑是提升
国内工业制造地位的得力助手。
2　电磁离合器的分类
离合器的工作原理是利用机械结构，如
齿轮、摩擦片、凸轮等来传递转矩，从而使
主动部分与从动部分相互分离，相互接合。
而电磁离合器的工作原理是利用磁力传动来
传递转矩，以达到主动部分与从动部分分离、
接合的目的，并且在传动过程中主动部分与
从动部分仍可以继续转动。
电磁离合器有很多种类，主要有以下
四种：
（1）摩擦片式电磁离合器以摩擦片的使
用环境可分为湿式和干式，湿式摩擦片需要
润滑油的降温和润滑，干式摩擦片直接与空
气接触；按摩擦片在磁路位置有磁路内、外
两种；按线圈位置有内、外和侧置线圈三种。
摩擦式电磁离合器的工作原理是通过电磁（弹
簧）施加压力，经过弹簧（电磁）释放压力，
然后利用摩擦片之间的摩擦力来传递转矩。
因为其结构耐打击性好，价格实惠等优点，
摩擦片式电磁离合器型式是目前最常用的一
种电磁离合器。同时它也存在着空转力矩、
摩擦发热、需定期维护和更换易损零件等缺
点。常用于车间机床、搬运拆卸机械以及汽
车工业。
（2）牙嵌式电磁离合器分为有滑环和无
滑环两种形式。牙嵌式电磁离合器的工作原
理是利用磁场线圈内通入电流产生的电磁力
使两个牙嵌半离合器结合。较大的力矩、尺
寸小、没有空转力矩、摩擦发热等问题。缺
点是两个牙嵌半离合器有不能用于有转速差，
只适用于相对静止的连接。适用于特殊机床。
（3）磁粉式电磁离合器分为单隙式和复
隙式两种形式。磁粉离合器在主动部分与被
动部分之间加入磁性小粉末，电磁通电时，
粉末受到磁力影响磁化，在内部规则排列。
磁粉式电磁离合器的工作原理是利用通电磁
粉之间的附着力以及磁粉在运动时与工作面
间产生摩擦力来传递转矩的。其优点是有过
载保护且工作面结合平稳。缺点是性价比低
售价高，需要定期更换易磨损零件磁粉。常
用于大型机械，起吊设备等。
（4）转差式电磁离合器分为双电枢和单
Development of Electromagnetic Clutch
Lin Jianjun，Lin Zicheng，Yang Jingwen，Yuan Yongfeng，Lin Yonghan，Li Shuqi，ye Weijun
Abstract： E lectromagnetic clutch is widely used in aerospace, automobile, household equipment and other industries. This paper summarizes the development of electromagnetic clutch industry in recent years, and summarizes the latest progress in the classification, theoretical research and application of electromagnetic clutch.
Key words： e lectromagnetic clutch, classification, theoretical research, application
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电枢两种形式，其中单电枢又有爪式和感应式的区分。转差式电磁离合器也经常被人称为涡流离合器，其工作原理是利用内部磁场产生涡流，并通过电枢切割磁场，产生电磁力矩使从动部分回转。其优点是速度调节可控、能够传递大转矩、工作寿命长、且无更换磨损部件。缺点是因部件多整体尺寸大、动作响应时间长、价格比较昂贵。常用于冶金机械、纺织机械等。
3　电磁离合器的理论研究
3.1　磁场建模与动态响应分析
电磁离合器可以通过电磁场理论分析其内部电磁力，理论基础是麦克斯韦（Maxwell）方程组。目前，常用的电磁场分析方法有两种，一种是磁路分割法，另一种是电磁有限元法。
磁路分割法：首先分析电磁铁的各项参数指标能够得出等效磁路图，再按照电磁吸力公式以及上述参数可以计算出电磁吸力。但是这种方法忽略了漏磁现象的发生，若材料为非线性，则此测试方法并不适用。且当出现复杂结构或材料不同的磁场计算往往会出现较大的计算误差。
电磁有限元法：基于Maxwell方程组，利用数值计算方法求解，计算的结果能够直接反映出电磁场的分布情况。这种方法适用范围更广且计算更精准。在建模时更多采用有限元法，解得磁势和电磁的场分布值，再通过相关的电磁力公式可以计算出电磁场中其他相应参数。
设计一个电磁离合器需要解决诸多问题，其中最关键的是得到该电磁离合器电磁场产生的电磁力大小。我们一般使用ANSYS分析软件模拟电磁场，通过改变电磁场的结构及相关参数，可以得到电磁力的变化过程。ANSYS软件是一款基于计算机平台的主流有限元分析软件。除了电磁场以外，它还是融结构、流体、声场的有限元分析软件。其中emag和multiphysics模块可以用来辅助分析电磁场。
3.2　转矩分析
转矩是电磁离合器的一个重要性能参数。值得注意的是，要避免在电磁离合器的启动过程中启动力矩过小即小于惯性力矩与负载力矩之和。还要关注负载力矩（M负）和电磁离合器的最大静力矩（M静）的数值大小，
若负载力矩（M负）大于电磁离合器的最大
静力矩（M静），电磁离合器的内齿罩和内
齿端盖会失去同步，从而发生跳齿现象。在
使用电磁离合器之前可以先进行模拟数值分
析，通常用到Maxwell分析软件。首先计算
的数据是电磁离合器的总磁阻，然后通过磁
场能量公式等原理计算出电磁离合器的电磁
转矩。研究发现内外齿转差角能够影响电磁
离合器的电磁性能以及转矩特性，当转差角
增大时，分析得到电磁转矩基本呈正弦规律
变化。
4　电磁离合器的应用
4.1　汽车空调
汽车空调压缩机的主要控制部件是电磁
离合器。其工作原理是电磁离合器通电在内
部产生电磁力，电磁力能够催动驱动部件与
压缩机的皮带相结合，使驱动部件吸附到压
缩机的皮带端面。汽车发动机驱使皮带轮转
动，从而在驱动部件转动，并且驱动部件与
皮带端面之间产生了巨大的摩擦力，带动了
压缩机的工作。汽车空调电磁离合器属辅助
配套产品，由于制造工艺复杂、专业化强，
主机厂一般不进行开发生产，国内市场主要
有两种，一种是整车配套，另一种是维修配件。
2019年中国汽车累计销量2577万辆，全球新
车总销售量约为9030万辆，加之汽配市场的
需求，国内外汽车空调用电磁离合器市场合
计近百亿规模，市场前景十分广阔。
4.2　阀门
阀门的电磁离合器由主动侧和从动侧组
成，端面设有传递扭矩的传动齿。主动侧和
从动侧的连接方式不同，主动侧与传动轴用
花键联接，从动侧与过渡盘用螺钉固定，过
渡盘的另一侧与传动装置连接。其工作原理
是主动侧离合器类似牙嵌式电磁离合器，内
部线圈通电时产生电磁力，电磁力使主动侧
与从动侧吸合并传递转矩。从动侧离合器类
似摩擦片式电磁离合器，通电时内部弹簧压
缩蓄能，断电时压缩弹簧复位，两个离合器
分离以断开传递的扭矩。根据不同场地的不
汽车空调电磁离合器同情况，可以智能控制离合器通电、断电，
以及设备的输出转矩，从而可以控制现场阀
门的闭合。
4.3　机器人
针对搜救环境下复杂多变的地形环境，
目前开发了一种机动性高、越障能力强的轮
腿可变搜救机器人。其中，以电磁离合器
为主体的位形变换机构，通过电磁离合器
的通、断电，使得搜救机器人的车轮可以
在轮式模式与弧腿模式相互自由切换，更
好地适应不同的搜救环境，从而完成高速
有效的搜救工作。
5　总结
本文简述了电磁离合器的发展历程，世
界上第一台电磁离合器诞生于1889年，在当
下迅速发展的时代中，电磁离合器在亚洲内
的发展近况。并且详细说明了电磁离合器的
分类，四种常见的电磁离合器的工作原理，
以及它们的优缺点和常见的工作场景。并简
单概括了电磁场建模和动态响应分析以及矩
阵特性研究的最新进展，通常使用有限元分
析法分析计算电磁力。概括了电磁离合器在
汽车空调、阀门、机器人等领域的不同应用。
可以看出电磁离合器作为一个重要的传动和
控制零件，市场前景广阔。
参考文献：
[1]张静，郁春琳，师晓东，李佳陈，秦金健，
姜淋.电磁离合器在阀门行业的应用及
啮合齿的强度计算[J].机械工程师，2021
（03）：121-122+125.
[2]赵欣然，苏卫华，张世月.轮腿可变搜救
机器人轮腿综合与仿真分析[J].医疗卫生
装备，2020，41（06）：15-20.
作者简介
林建军： （1973.05—），男，浙江龙泉人，西
安交通大学“机械工程及自动化”专业
专科毕业，工程师，龙泉市中泰汽车空
调有限公司法定代表人，总经理，主要
从事电磁离合器生产和技术研发。
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