如下图所示为转差式电磁离合器的原理。在主动轴上装有用高磁导率材料制成的圆筒1,习惯上称作电枢(或在其内壁上开槽嵌入短路绕组),从动轴上装有励磁线圈5和两个带齿的磁性盘2、3,永磁盘与电枢之间留有0.25~0.3mm间隙。未通电时,主动轴回转,从动轴不动;如通过滑环与电刷4向励磁线圈导入直流电时,就产生力中虚线所示的闭合磁通(主磁通),此时由于电枢与磁场的相对运动,电枢切割磁场,产生涡电流(如为短路绕组则产生感应电流),此电流产生一个脉动的电枢反应磁场,它与主磁通联合产生电磁力矩驱动从动轴向向回转。但主、从动轴间存在的转速差,故称转差式电磁离合器,国外叫做涡流离合器。
由于励磁线圈位置与磁路结构不同,可有多种不同的类型。如下图所示是用于电动机连接的具体实例。它由两个基本部分组成,电枢和磁极。电枢7为一筒形零件,安装在电动机8的轴上,以恒定转速旋转。磁极5固定在输出轴1上,磁极的形状如同矩形齿齿轮。励磁线圈4绕在导磁体3(定子)上静止不动。当电流通入线圈时,围绕线圈产生强磁场,磁力线由线圈通过工作气隙,引导到磁极,进入转子部件后返回线圈,形成封闭磁路。由于磁极是多个矩形凸极,表明磁场呈周期性变化,电枢相对磁极回转,在交变磁场中感应出环绕电流(涡电流)。该感应电流方向垂直于磁力线产生反磁场。涡流磁场与磁极磁场相互作用带动磁极和输出轴转动,转矩的大小可用下式表示。
式中 Ft——涡流与磁极磁场的周向作用力,N;
D——转子的有效直径,m;
Pm——磁极对数;
B——磁感应强度,T;
l——转子有效长度,m;
zp——一个磁极下的等效阻抗,Ω;
n1、n2——主、从动轴的转速,r·min-1。
由上式可见,这种离合器工作时,主、从部分必须存在某一转速差才有转矩传递。转矩大小取决于磁场强度和转速差。励磁电流保持不变,转速随转矩增加而剧烈下降;转矩保持不变,励磁电流减少,转速减少得更加严重。
转差式电磁离合器由于主、从动部件间无任何机械连接,无磨损消耗,无磁粉泄漏,无冲击,调整励磁电流可以改变转速,作无级变速器使用,这是它的优点。该离合器的主要缺点是转子中的涡流会产生热量,该热量与转速差成正比。低速运转时的效率很低,效率值为主、从动轴的转速比,即η=n2/n1。