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      永磁耦合器設(shè)計(jì)之磁鐵材質(zhì)對力的影響研究

      2019-10-14 00:50:57王昭
      山東工業(yè)技術(shù) 2019年4期
      關(guān)鍵詞:有限元

      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。

      參考文獻(xiàn):

      [1]方軍,陶紅艷.盤式渦流永磁耦合器磁場分析[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào),2016(03).

      [2]張澤東,寧杰.永磁耦合器的有限元計(jì)算分析[J].

      [3]張文娟,汪廣.盤式永磁耦合器轉(zhuǎn)矩特性分析與有限元仿真[J].微電機(jī),2017(06).

      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。

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