同軸式永磁感應(yīng)異步磁力聯(lián)軸器設(shè)計(jì)理論及傳動(dòng)性能研究.pdf

1、永磁磁力傳動(dòng)技術(shù)具有環(huán)保、節(jié)能、傳動(dòng)平穩(wěn)、過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，然而原有的永磁耦合磁力傳動(dòng)技術(shù)不能解決高溫下永磁體的退磁以及旋轉(zhuǎn)負(fù)載下的速度調(diào)節(jié)等問(wèn)題。本文研究的同軸式永磁感應(yīng)異步磁力聯(lián)軸器就是根據(jù)反求設(shè)計(jì)方法創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一種永磁感應(yīng)磁力傳動(dòng)技術(shù)裝置，可有效解決上述兩種問(wèn)題。本文圍繞同軸式永磁感應(yīng)異步磁力聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)方案、傳動(dòng)機(jī)理、氣隙磁場(chǎng)理論分析、氣隙磁場(chǎng)及溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬以及樣機(jī)研制與試驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行系統(tǒng)研究，探討其磁場(chǎng)分布

2、規(guī)律及通用的設(shè)計(jì)方法，獲得了以下主要結(jié)論和創(chuàng)新性成果:
　　 (1)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì):構(gòu)建了永磁磁力傳動(dòng)技術(shù)的分類體系;應(yīng)用反求設(shè)計(jì)理論提出了同軸式永磁感應(yīng)異步磁力聯(lián)軸器兩種結(jié)構(gòu)形式，既實(shí)現(xiàn)高低溫介質(zhì)輸送時(shí)的密封問(wèn)題，又可在旋轉(zhuǎn)負(fù)載下實(shí)現(xiàn)速度、轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié);研究了鼠籠導(dǎo)體轉(zhuǎn)子異步磁力聯(lián)軸器傳動(dòng)機(jī)理，得到了導(dǎo)體轉(zhuǎn)子因切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)環(huán)形電流的分布情況，獲得了異步磁力聯(lián)軸器在工作時(shí)具有導(dǎo)體轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)必等于永磁轉(zhuǎn)子的磁極對(duì)數(shù)的

3、特性。
　　 (2)基礎(chǔ)理論分析:進(jìn)行了異步磁力聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與磁路設(shè)計(jì)，研究了磁體排布方式及電磁計(jì)算關(guān)系;提出了同軸式異步磁力聯(lián)軸器的槽極配的概念，建立了永磁轉(zhuǎn)子與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子的關(guān)系，研究表明:當(dāng)槽極配為奇數(shù)時(shí)優(yōu)于偶數(shù)，但通常用分?jǐn)?shù)槽較好;當(dāng)槽極配介于3～4且分?jǐn)?shù)槽時(shí)傳動(dòng)性能較佳;應(yīng)用電機(jī)中星形相量圖研究了不同槽極配下的導(dǎo)條空間分布，推得了每對(duì)極下槽數(shù)分布公式;定義了槽深徑比、槽寬深比、相對(duì)槽寬等參數(shù)，研究了導(dǎo)體槽形結(jié)構(gòu)參數(shù)之間

4、的關(guān)系，探討了不發(fā)生槽根磁飽和的最大槽深、最大槽面積、最多槽數(shù)等;基于等效面電流法研究了氣隙的靜態(tài)磁場(chǎng)分布及感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)的分布，推導(dǎo)了靜態(tài)氣隙磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度公式和負(fù)載下感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度公式，進(jìn)行了靜態(tài)磁場(chǎng)的離散化求解，獲得了三維磁感應(yīng)強(qiáng)度分布規(guī)律。
　　 (3)設(shè)計(jì)方法與磁場(chǎng)分布規(guī)律研究:提出應(yīng)用量綱分析及相似理論研究異步磁力聯(lián)軸器的方法，系統(tǒng)推導(dǎo)了聯(lián)軸器的5個(gè)無(wú)量綱數(shù):長(zhǎng)徑比L/D，氣隙參數(shù)hg/D，偏心

5、率e/hg，磁密參數(shù)Bg/μJD和速度參數(shù)σVμD;應(yīng)用方程分析法對(duì)時(shí)變電磁場(chǎng)方程進(jìn)行無(wú)量綱分析，推導(dǎo)了聯(lián)軸器設(shè)計(jì)的相似準(zhǔn)數(shù)為磁密參數(shù)Bg/μJD;應(yīng)用模型試驗(yàn)設(shè)計(jì)了4組模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ?基于Ansoft有限元分析軟件，研究了聯(lián)軸器靜態(tài)氣隙磁場(chǎng)分布及負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)氣隙磁場(chǎng)分布，分析了各無(wú)量綱數(shù)及模型試驗(yàn)下聯(lián)軸器負(fù)載時(shí)的動(dòng)態(tài)氣隙磁場(chǎng)，獲得了無(wú)量綱數(shù)的合理范圍及一般性規(guī)律;同時(shí)通過(guò)模型試驗(yàn)及相對(duì)氣隙厚度參數(shù)的數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)了氣隙磁場(chǎng)滿足很好的相似

6、性規(guī)律;討論了聯(lián)軸器偏心對(duì)氣隙磁場(chǎng)的影響，分析研究了聯(lián)軸器不同偏心率下變氣隙磁場(chǎng)強(qiáng)度分布和轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律;通過(guò)進(jìn)行導(dǎo)體轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流的有限元模擬，驗(yàn)證了鼠籠轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流為“回”形流動(dòng)，且具有明顯的集膚效應(yīng)。
　　 (4)三維磁場(chǎng)及溫度場(chǎng)模擬分析:應(yīng)用AnsoftMaxwell3D模塊進(jìn)行異步磁力聯(lián)軸器三維氣隙磁場(chǎng)的有限元模擬，研究了長(zhǎng)徑比及試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、軸向相對(duì)位移對(duì)傳動(dòng)性能的影響，驗(yàn)證了長(zhǎng)徑比下的模型試驗(yàn)同樣具有很好的相似性規(guī)律，

7、以及聯(lián)軸器存在的端部效應(yīng)。應(yīng)用Ansys軟件進(jìn)行了聯(lián)軸器的三維溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬，得到了聯(lián)軸器溫度分布情況，通過(guò)定義的路徑將溫度場(chǎng)進(jìn)行映射，得到了不同路徑下的溫度分布規(guī)律。
　　 (5)樣機(jī)研制與試驗(yàn)研究:進(jìn)行了異步磁力聯(lián)軸器樣機(jī)的氣隙磁場(chǎng)、傳動(dòng)性能、溫度場(chǎng)試驗(yàn)研究，利用高精度三維磁場(chǎng)測(cè)量裝置進(jìn)行三維靜態(tài)氣隙磁場(chǎng)的測(cè)量，得到了靜態(tài)氣隙磁場(chǎng)的三維空間分布圖，與理論模擬分析具有很好的一致性;對(duì)兩種試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)特性測(cè)定，得出了不同轉(zhuǎn)