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

1、永磁磁力傳動技術(shù)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(yīng)用，然而原有的永磁耦合磁力傳動技術(shù)不能解決高溫下永磁體的退磁以及旋轉(zhuǎn)負載下的速度調(diào)節(jié)等問題。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)計方法創(chuàng)新設(shè)計的一種永磁感應(yīng)磁力傳動技術(shù)裝置，可有效解決上述兩種問題。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(shè)計方法，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:構(gòu)建了永磁磁力傳動技術(shù)的分類體系;應(yīng)用反求設(shè)計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，既實現(xiàn)高低溫介質(zhì)輸送時的密封問題，又可在旋轉(zhuǎn)負載下實現(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)軸器傳動機理，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)軸器在工作時具有導(dǎo)體轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁場的極對數(shù)必等于永磁轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)的

3、特性。
　　 (2)基礎(chǔ)理論分析:進行了異步磁力聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與磁路設(shè)計，研究了磁體排布方式及電磁計算關(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)時優(yōu)于偶數(shù)，但通常用分數(shù)槽較好;當(dāng)槽極配介于3～4且分數(shù)槽時傳動性能較佳;應(yīng)用電機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(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)磁場分布及感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場的分布，推導(dǎo)了靜態(tài)氣隙磁場的磁感應(yīng)強度公式和負載下感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)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(yīng)強度分布規(guī)律。
　　 (3)設(shè)計方法與磁場分布規(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(yīng)用方程分析法對時變電磁場方程進行無量綱分析，推導(dǎo)了聯(lián)軸器設(shè)計的相似準數(shù)為磁密參數(shù)Bg/μJD;應(yīng)用模型試驗設(shè)計了4組模擬試驗?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(zhuǎn)矩變化規(guī)律;通過進行導(dǎo)體轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流的有限元模擬，驗證了鼠籠轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流為“回”形流動，且具有明顯的集膚效應(yīng)。
　　 (4)三維磁場及溫度場模擬分析:應(yīng)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?zāi)Ｐ?、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(yīng)。應(yīng)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(zhuǎn)