盤式異步磁力聯(lián)軸器的電磁特性與溫度場(chǎng)性能研究.pdf

1、盤式異步磁力聯(lián)軸器是基于電磁感應(yīng)原理研制的新型磁力傳動(dòng)裝置,除具有傳統(tǒng)磁力聯(lián)軸器減振、無接觸傳遞功率和轉(zhuǎn)矩等特性外,還可實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)、過載保護(hù)及在線調(diào)節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩功能,已出現(xiàn)逐漸取代變頻調(diào)速器的趨勢(shì)。盤式異步磁力聯(lián)軸器的大轉(zhuǎn)矩和高功率輸出是其發(fā)展的必然趨勢(shì),但是在高速高功率的場(chǎng)合中聯(lián)軸器存在大量的功率損耗,這些損耗一方面降低了傳遞效率,另一方面轉(zhuǎn)化為熱量使得整個(gè)裝置的溫度升高,影響永磁體的性能,從而降低或破壞聯(lián)軸器的傳遞性能。本文在

2、對(duì)三維氣隙磁場(chǎng)分析的基礎(chǔ)上,利用有限元模擬和試驗(yàn)方法對(duì)盤式異步磁力聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩和溫升兩大特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。主要研究工作及成果如下:
　　 1.根據(jù)等效面電流法理論,建立了氣隙磁場(chǎng)的三維數(shù)學(xué)模型,推導(dǎo)出了氣隙處任意場(chǎng)點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算公式,并利用MATLAB編程定量得出了磁感應(yīng)強(qiáng)度沿軸向、徑向及周向三個(gè)方向的空間分布,之后利用三維磁場(chǎng)測(cè)量裝置進(jìn)行三維靜態(tài)磁場(chǎng)測(cè)量,所得結(jié)果與理論計(jì)算值具有很好地一致性。同時(shí)采用有限元模擬和試驗(yàn)測(cè)量

3、研究了聯(lián)軸器真實(shí)運(yùn)行工況下的三維瞬態(tài)氣隙磁場(chǎng),并重點(diǎn)探討了氣隙厚度與轉(zhuǎn)差率對(duì)軸向磁密的影響。
　　 2.基于麥克斯韋方程組及多層理論建立了聯(lián)軸器銅損的二維數(shù)學(xué)模型,并通過分離變量法和MATLAB軟件推導(dǎo)出了銅損的解析表達(dá)式。利用MAXWELL軟件分析了銅盤上的感應(yīng)電流密度、電流走向、集膚效應(yīng)及功率損耗,并探討了不同工作參數(shù)對(duì)銅盤上感應(yīng)電流密度和銅損的影響,為聯(lián)軸器的三維溫升計(jì)算奠定基礎(chǔ)。
　　 3.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出聯(lián)軸

4、器各部件的散熱系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)后,利用ANSYS軟件模擬特定工況下的穩(wěn)態(tài)溫升,得出了聯(lián)軸器整體及各部件的三維溫度分布,并探討了永磁體上最高溫度與工作轉(zhuǎn)速及工作負(fù)載的關(guān)系。在同樣的工況下通過紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行聯(lián)軸器的溫升試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果比較吻合,兩者都表明永磁體上溫度在工作溫度允許范圍內(nèi),可以正常安全地工作。
　　 4.以層理論模型為指導(dǎo),得出了盤式異步磁力聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式。采用了有限元模擬的方法分析了不同工作參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)矩特

5、性的影響?？紤]到結(jié)構(gòu)參數(shù)間交叉作用對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響,本文建立了以減少材料成本和提高轉(zhuǎn)矩性能為雙目標(biāo)的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型,并利用遺傳算法求解得出了結(jié)構(gòu)參數(shù)的最佳組合,使聯(lián)軸器成本降低了16.98%的同時(shí)轉(zhuǎn)矩提高了12.82%,達(dá)到較高的轉(zhuǎn)矩密度。
　　 5.試驗(yàn)研究了聯(lián)軸器的傳動(dòng)特性,包括轉(zhuǎn)矩特性及效率兩方面。試驗(yàn)結(jié)果表明,工作負(fù)載及工作轉(zhuǎn)速的增大,轉(zhuǎn)矩值都會(huì)增大;氣隙厚度增加時(shí)轉(zhuǎn)矩下降;工作負(fù)載增加時(shí)效率出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢(shì),并且在轉(zhuǎn)