永磁耦合器設(shè)計(jì)之磁鐵材質(zhì)對力的影響研究

摘 要：介紹了永磁耦合器的工作原理、優(yōu)越性。重點(diǎn)研究了磁鐵材質(zhì)對力的影響。在同等條件下，不同材質(zhì)的永磁耦合器磁鐵，會在永磁鐵和銅轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生不同大小的力。為了深入研究不同材質(zhì)對力的影響，通過運(yùn)用三維有限元仿真軟件，建立三維瞬態(tài)模型，設(shè)置不同材料參數(shù)，計(jì)算分析材質(zhì)對力的影響，可為進(jìn)一步優(yōu)化永磁耦合器的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：永磁耦合器;磁鐵材質(zhì);力;有限元

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.140

1 前言

傳統(tǒng)式，負(fù)載與電機(jī)是由機(jī)械連接的，永磁耦合器是將機(jī)械連接移除，換上銅轉(zhuǎn)子連接在電機(jī)上，永磁轉(zhuǎn)子連接在負(fù)載上，銅轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子之間有氣隙，完全沒有機(jī)械連接，通過氣隙的調(diào)整達(dá)到所需的扭矩傳遞和速度傳遞的要求，扭矩通過氣隙傳遞減小了沖擊和震動，延長了傳動系統(tǒng)零部件的壽命，節(jié)能效果顯著。國內(nèi)磁力傳動技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用滯后國外，且研究磁力傳動技術(shù)與機(jī)構(gòu)較少。2008年吉林大學(xué)對磁力耦合器進(jìn)行了跟蹤研究，對渦流損耗進(jìn)行了分析，此外哈爾冰工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)等國內(nèi)高校對磁力耦合器的性能進(jìn)行了研究。2012年11月，國家發(fā)改委在嚴(yán)格審查了永磁耦合傳動技術(shù)后，建議更名為“永磁渦流柔性傳動節(jié)能技術(shù)”，推薦為《國家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄（第五批）》。據(jù)了解，相比傳統(tǒng)的傳動設(shè)備，“永磁渦流柔性傳動技術(shù)”單臺節(jié)電率達(dá)30%。預(yù)計(jì)到2015年，將會有45億人民幣的市場容量。

2 研究內(nèi)容

可調(diào)速的盤式永磁耦合器結(jié)構(gòu)見圖1。永磁耦合器尺寸大小、磁極子的數(shù)目、氣隙大小以及材料的不同等均直接影響其工作性能，同時也是設(shè)計(jì)永磁耦合器的理論依據(jù)。本論文重點(diǎn)研究永磁耦合器磁鐵材質(zhì)對力的影響。

圖1位永磁耦合器的驅(qū)動機(jī)械結(jié)構(gòu)，有銅盤、永磁鐵和永磁鐵托盤組成，其中銅盤也可以為永磁鐵。當(dāng)轉(zhuǎn)子帶動永磁鐵盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，永磁鐵轉(zhuǎn)動在銅盤內(nèi)產(chǎn)生渦流形成的磁場與永磁鐵的磁場相反，因此當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動推動銅盤旋轉(zhuǎn)，銅盤帶動定子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

3 計(jì)算結(jié)果分析

對圖1結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模，計(jì)算永磁耦合器取不同磁鐵型號的情況下扭矩的變換情況。 本次計(jì)算設(shè)定氣隙間距為2mm，永磁鐵的型號為N38SH、N42SH、N45SH，其磁鐵的剩余強(qiáng)度分別為1.22T、1.25T、1.29T，磁極為16個。對模型進(jìn)行時域求解，結(jié)果見圖2和圖3。

從圖2可以看出耦合器產(chǎn)生的扭矩在時間上呈現(xiàn)正弦震蕩，在一定時刻情況下扭矩趨于穩(wěn)定，同時可以看出震蕩周期與磁鐵的型號沒有關(guān)系，只與其振幅有關(guān)，磁鐵的剩余磁通越大其耦合器產(chǎn)生的扭矩越大，剩余磁通量越小產(chǎn)生的扭矩越小。

將三種磁鐵的磁通剩余強(qiáng)度與平穩(wěn)扭矩繪制成圖3，可以看出隨著磁鐵的剩余強(qiáng)度變大，其耦合器產(chǎn)生的平穩(wěn)扭矩越大，且成線性關(guān)系。

4 總結(jié)

本文對永磁耦合器的進(jìn)行有限元建模，計(jì)算分析耦合器的在其它情況一定下，永磁鐵材質(zhì)與耦合器扭矩之間的關(guān)系，得出永磁鐵的剩余磁通量越大，耦合器的扭矩越大，且成線性關(guān)系，計(jì)算結(jié)果可為盤式永磁耦合器的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。

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作者簡介：王昭（1985-），女，陜西乾縣人，工學(xué)碩士，講師，研究方向：電磁計(jì)算。