同軸式永磁感應異步磁力聯(lián)軸器設計理論及傳動性能研究.pdf

1、永磁磁力傳動技術具有環(huán)保、節(jié)能、傳動平穩(wěn)、過載保護等優(yōu)點得到越來越廣泛的應用，然而原有的永磁耦合磁力傳動技術不能解決高溫下永磁體的退磁以及旋轉負載下的速度調節(jié)等問題。本文研究的同軸式永磁感應異步磁力聯(lián)軸器就是根據(jù)反求設計方法創(chuàng)新設計的一種永磁感應磁力傳動技術裝置，可有效解決上述兩種問題。本文圍繞同軸式永磁感應異步磁力聯(lián)軸器的結構方案、傳動機理、氣隙磁場理論分析、氣隙磁場及溫度場的數(shù)值模擬以及樣機研制與試驗測試進行系統(tǒng)研究，探討其磁場分布

2、規(guī)律及通用的設計方法，獲得了以下主要結論和創(chuàng)新性成果:
　　 (1)結構方案設計:構建了永磁磁力傳動技術的分類體系;應用反求設計理論提出了同軸式永磁感應異步磁力聯(lián)軸器兩種結構形式，既實現(xiàn)高低溫介質輸送時的密封問題，又可在旋轉負載下實現(xiàn)速度、轉矩的調節(jié);研究了鼠籠導體轉子異步磁力聯(lián)軸器傳動機理，得到了導體轉子因切割磁力線而產(chǎn)生感應環(huán)形電流的分布情況，獲得了異步磁力聯(lián)軸器在工作時具有導體轉子感應磁場的極對數(shù)必等于永磁轉子的磁極對數(shù)的

3、特性。
　　 (2)基礎理論分析:進行了異步磁力聯(lián)軸器的結構設計與磁路設計，研究了磁體排布方式及電磁計算關系;提出了同軸式異步磁力聯(lián)軸器的槽極配的概念，建立了永磁轉子與導體轉子的關系，研究表明:當槽極配為奇數(shù)時優(yōu)于偶數(shù)，但通常用分數(shù)槽較好;當槽極配介于3～4且分數(shù)槽時傳動性能較佳;應用電機中星形相量圖研究了不同槽極配下的導條空間分布，推得了每對極下槽數(shù)分布公式;定義了槽深徑比、槽寬深比、相對槽寬等參數(shù)，研究了導體槽形結構參數(shù)之間

4、的關系，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)磁場分布及感應電流產(chǎn)生的感應磁場的分布，推導了靜態(tài)氣隙磁場的磁感應強度公式和負載下感應電流產(chǎn)生的感應磁場強度公式，進行了靜態(tài)磁場的離散化求解，獲得了三維磁感應強度分布規(guī)律。
　　 (3)設計方法與磁場分布規(guī)律研究:提出應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)推導了聯(lián)軸器的5個無量綱數(shù):長徑比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;應用方程分析法對時變電磁場方程進行無量綱分析，推導了聯(lián)軸器設計的相似準數(shù)為磁密參數(shù)Bg/μJD;應用模型試驗設計了4組模擬試驗模型;基于Ansoft有限元分析軟件，研究了聯(lián)軸器靜態(tài)氣隙磁場分布及負載時的動態(tài)氣隙磁場分布，分析了各無量綱數(shù)及模型試驗下聯(lián)軸器負載時的動態(tài)氣隙磁場，獲得了無量綱數(shù)的合理范圍及一般性規(guī)律;同時通過模型試驗及相對氣隙厚度參數(shù)的數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)了氣隙磁場滿足很好的相似

6、性規(guī)律;討論了聯(lián)軸器偏心對氣隙磁場的影響，分析研究了聯(lián)軸器不同偏心率下變氣隙磁場強度分布和轉矩變化規(guī)律;通過進行導體轉子中感應電流的有限元模擬，驗證了鼠籠轉子中感應電流為“回”形流動，且具有明顯的集膚效應。
　　 (4)三維磁場及溫度場模擬分析:應用AnsoftMaxwell3D模塊進行異步磁力聯(lián)軸器三維氣隙磁場的有限元模擬，研究了長徑比及試驗模型、軸向相對位移對傳動性能的影響，驗證了長徑比下的模型試驗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。應用Ansys軟件進行了聯(lián)軸器的三維溫度場的數(shù)值模擬，得到了聯(lián)軸器溫度分布情況，通過定義的路徑將溫度場進行映射，得到了不同路徑下的溫度分布規(guī)律。
　　 (5)樣機研制與試驗研究:進行了異步磁力聯(lián)軸器樣機的氣隙磁場、傳動性能、溫度場試驗研究，利用高精度三維磁場測量裝置進行三維靜態(tài)氣隙磁場的測量，得到了靜態(tài)氣隙磁場的三維空間分布圖，與理論模擬分析具有很好的一致性;對兩種試驗樣機進行傳動特性測定，得出了不同轉