永磁涡流联轴器结构参数的系列化分析研究

在综述永磁涡流联轴器特点及现状的基础上,提出对相关参数系列分析的必要性。通过永磁涡流联轴器原理的介绍,建立仿真模型,并运用等效磁路法对永磁涡流联轴器的磁场强度进行计算,结合楞次定律和安培定律对多功率的联轴器的转矩进行计算。基于Ansoft有限元分析,对多功率的永磁涡流联轴器的转速差、铜盘厚度、铝盘外形尺寸和永磁体径向尺寸进行了系列化仿真分析,得到多个参数随着不同功率的变化规律,为永磁涡流联轴器系列化量产提供设计依据。     

轴向啮合永磁联轴器涡流场分析和传动特性研究

介绍了可调速轴向啮合永磁联轴器的特点和无机械接触转矩传递机理。基于三维运动涡流场,建立了单铜套型永磁联轴器的有限元模型,对其磁场和涡流场进行分析,得出筒式永磁联轴器磁场和涡流场的分布规律并分析了磁极数、永磁体厚度、铜套厚度及气隙厚度等设计参数对涡流密度的影响。进一步分析了永磁场及涡流场之间耦合力分布,解决筒式永磁联轴器径向力不均衡问题。选择四组不同结构参数进行双筒型永磁联轴器样机试制及试验测试,试验结果与仿真结果对比验证了有限元分析与传动特性研究方法的准确性。     

轴向永磁涡流联轴器的永磁体参数分析

首先阐述了永磁涡流联轴器的工作原理和特点,并介绍了四种类型(调速型、延迟型、限矩型、经济型)。针对所研究的轴向式联轴器,利用有限元分析了永磁体参数(永磁体形状、块数、占空比、内外径、厚度)对转矩和轴向力的影响,得到与7.5k W、4极电机相匹配联轴器的最优参数,并为设计其他型号联轴器选取永磁体参数提供了依据。通过推导转速差对效率的影响,对于稳定工作时的转速差的选取也进行了讨论。研究方法和结论为轴向式永磁涡流联轴器的设计提供了较强的参考价值。     

整体双层盘式永磁涡流联轴器及其转矩特性分析

基于对传统单层盘式永磁体涡流联轴器的磁路分析,设计了一种整体双层盘式永磁体涡流联轴器。该联轴器将两个单层盘式永磁涡流联轴器的永磁体以N-S对应的方式安装到一块背铁的正反面上,减小了背铁磁阻在磁路中带来的损耗,提高了永磁体的磁能利用率,增大了转矩。通过等效磁路法建立该结构的数学模型,并与有限元法仿真模型相结合,综合分析了其转矩特性。搭建了该永磁涡流联轴器的样机,通过实验验证了上述分析的可靠性。结果表明：所建数学模型准确,并且该联轴器的转矩相对于传统永磁涡流联轴器转矩有较大提高。     

永磁涡流联轴器涡流密度研究

永磁涡流联轴器的涡流损耗对联轴器的性能有很大的影响,因此对永磁涡流联轴器的涡流密度进行研究具有重要意义。首先对永磁涡流联轴器的工作原理进行简单的介绍,然后确定有限元分析的结构参数并进行分析,再利用Ansoft进行有限元分析,研究不同气隙厚度、轭铁厚度、永磁体厚度、铜环厚度和占空比对涡流密度的影响。研究结果表明磁铁厚度、占空比和气隙厚度对涡流密度产生重要影响,而轭铁的厚度和铜环厚度对涡流损耗影响较小,这为永磁涡流联轴器的研制提供了重要参考依据。     

永磁涡流联轴器功率损耗的分析

首先介绍了永磁涡流联轴器的基本组成及工作原理。分析了功率损耗来源主要有电磁损耗、机械损耗,而其中电磁损耗中主要是铜损耗。在理论分析的基础上,利用有限元方法,通过大量的Ansoft Maxwell 3D仿真分析了铜盘厚度、导磁盘厚度、气隙长度、永磁体厚度、永磁体数量、转速差等主要参数对铜损耗和最大涡电流密度的影响。分析结果表明了各参数对永磁涡流联轴器的铜损耗影响的变化规律。研究结论对于联轴器设计时的关键参数选取有较大的参考价值,研究方法对于进行永磁传动机械的研究具有一定的借鉴意义和指导作用。     

导体盘开槽的盘式永磁涡流联轴器转矩特性分析

相比于传统的永磁涡流联轴器,导体盘开槽结构的涡流联轴器可以规划涡流路径,减少杂散涡流,提高转矩输出,从而增强装置的传动性能;但同时不合理的开槽数量和结构会导致输出转矩降低、转矩波动严重,使涡流联轴器的传动稳定性降低,控制难度加大。通过对永磁涡流联轴器的开槽数量和结构进行分析对比,提出一种合理的开槽数量和结构设计方案,可以为永磁涡流联轴器的设计应用提供重要的参考。     

永磁涡流调速器传动性能分析与正交实验优化

以一台双盘式永磁涡流调速器为研究对象,理解了永磁涡流驱动机理,建立了三维瞬态磁场有限元模型。仿真结果表明:导体盘上三维磁密集中区域形状与永磁盘中永磁体形状几乎相同,磁密集中区域数目与永磁体极数相同;轭铁区域内的三维磁场分布为辐射带形状,磁密值高低区域相邻布局,导体盘上产生了与永磁体数目相等的涡流回路,相邻涡流区域涡流方向相反,中间部分涡流密度较低,相邻涡流回路交界处即正对应于永磁体处的涡流密度最高,平均转矩与转差呈现递增规律,两者之间线性数学关系非常显著。运用正交实验方法研究表明:在实验约束条件下因素主次顺序依次为磁极数、永磁体宽、永磁体长、永磁体厚,确定了永磁涡流调速器关于永磁体的最佳参数方案。结果表明:较原结构平均转矩提高了14.2%,转矩密度提高了18.0%,永磁体材料减少了3.2%。     

筒式永磁涡流联轴器热磁耦合分析

筒式永磁涡流联轴器运行时由于感应涡流的存在引起内部温度升高,影响永磁涡流联轴器性能,文中考虑到温度对永磁体剩磁、矫顽力,对导体及钢架的电导率影响,对联轴器进行热力学、电磁学耦合性能分析,使用ANSYS Max-well 对联轴器进行电磁场有限元仿真,使用Workbench进行温度场仿真,进一步将温度场数据导入电磁场仿真中反复迭代,得到收敛的转矩及温度数据,搭建了试验平台,验证了仿真的正确性.     

混合式永磁联轴器传动转矩计算及传动特性研究

基于目前常用的两种永磁联轴器:鼠笼式联轴器和盘式联轴器,提出了混合式永磁联轴器,这种新型联轴器具有轴向、径向力处于相对平衡的特点,能够解决传统鼠笼式磁力联轴器的径向不稳定和盘式磁力联轴器的轴向不稳定性,降低材料的刚度和强度要求以及安装成本。基于磁荷库伦定律,建立数学模型,对其传动转矩进行数值求解,并通过仿真实验方法对该转矩计算公式进行验证,探索该联轴器的传动特性。利用MATLAB对实验数据进行处理,对公式进行改进,使转矩计算公式包含永磁体所有的结构参数,得到能够应用于工程设计的转矩计算公式。     

软启动永磁涡流联轴器的设计与参数分析

系统地介绍了永磁涡流联轴器的工作原理与特点。根据等效模型,应用法拉第电磁感应定律算出永磁联轴器的转矩。通过大量的ANSYS Maxwell 3D仿真,对永磁联轴器关键参数（磁铁尺寸、磁铁数量、铜盘厚度、气隙等）与转矩特性的关系进行了分析,为设计提供了有力的依据。应用上述分析结果,设计了一种新型结构并具有延迟启动功能的功率为7.5kW、转速为1500r/min的联轴器,样机的实验结果达到了设计要求。计算与仿真方法为该类联轴器的设计提供了参考。     

高性能同轴式磁力齿轮结构设计与实验研究

为了改善磁力齿轮的扭矩传递能力,研究了一种采用鼠笼式调磁装置的同轴式磁力齿轮。通过建立磁力齿轮的瞬态分析有限元模型,模拟分析得到内外气隙长度、永磁体厚度和长径比等结构参数对其传递扭矩能力的影响规律曲线,并得出了机构参数的优化值,模拟了该参数下磁力齿轮的运行情况。基于优化值制作实验样机进行实验研究,实验结果表明,采用此种调磁极片能够实现定传动比传动并能传递一定的扭矩。实验结果与模拟分析具有相似性,表明优化的结构参数能够保证磁力齿轮扭矩传递能力。     

调磁环材料性能对永磁齿轮损耗的影响研究

磁场调制型永磁齿轮作为一种新型永磁变速装置,易产生较大磁场损耗,降低永磁齿轮工作效率,限制其传递能力的进一步提升。提出整体成型动力传动式调磁环提高了扭矩传动能力,建立调磁环三维模型开展了强度、刚度和损耗计算,并结合永磁齿轮性能测试分析了调磁环骨架材料和调磁极片材料的损耗,研究三种不同调磁环承载骨架材料参数对永磁齿轮损耗和效率的影响,对永磁齿轮参数进行优化并确定最优扭矩骨架承载材料。结果表明,特种工程塑料调磁环骨架材料能大幅降低永磁齿轮损耗,有效提升传动效率,永磁齿轮实测传动效率可达93.8%。     

被动式永磁阻尼器设计中磁转矩的工程计算

介绍了2种计算被动式永磁阻尼器磁转矩的工程方法,即高斯定理法和磁场有限元法。通过具体模型对比了2种方法的计算特点,并使用有限元软件Ansoft分析了永磁阻尼器各参数对输出的磁转矩的影响。用Ansoft仿真与实际测试结果进行了对比,验证了有限元法有较好的计算精度,适合在工程实际中推广。     

新型耐高温磁力联轴器传递转矩的数值计算

磁力联轴器的出现,彻底解决了某些机械装置中动密封存在的泄漏问题。为了进一步拓宽采用高性能钕铁硼稀土永磁体的磁力联轴器的使用范围,借鉴感应式异步电机的工作原理,研制了一种不同于以往利用永磁体同性相斥、异性相吸原理工作的同步式磁力联轴器的异步感应式耐高温磁力联轴器。为了计算其传递的转矩,将其外转子变换为等效的异步电机的定子绕组,运用数值方法,初步分析了联轴器内部涡流场的分布,并最终得出了其所传递转矩的计算方法。     

基于子域法的双励磁双调制轴向式磁场调制永磁齿轮磁场分析

轴向式磁场调制永磁齿轮(AFMPMG)存在轴向及切向漏磁严重及转矩密度偏低等问题。在AFMPMG基础上引入了一个外调磁环,使之构成一种双励磁、双调制的AFMPMG(DEM-AFMPMG)结构,由于DEM-AFMPMG低速永磁转子夹在内、外两个调磁环之间,因此可将AFMPMG轴向及切向漏磁通转化成有用谐波,从而增大DEM-AFMPMG输出转矩及转矩密度。虽然3D有限元法计及了永磁齿轮端部漏磁,具有计算精度高等优点,但同时也使计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长,针对此,提出了一种基于子域法的计算DEM-AFMPMG气隙磁场及电磁转矩数学模型,该方法可将3D模型等效为2D模型,但包括了3D模型的所有因素。算例计算结果表明,基于子域法模型的计算精度与3D有限元法的计算精度相当(气隙磁通密度及电磁转矩的计算误差均不大于5%,转矩密度的计算误差不大于1.5%),但子域法模型计算速度更快,且易于实现计算机程序化,更有利于DEM-AFMPMG的结构参数分析与优化。     

永磁弹簧与永磁弹簧机构研究进展综述

介绍了磁学理论、永磁弹簧机构的原理和基本构成。阐述了永磁弹簧机构的研究现状,包括磁性材料、外部环境、结构参数对永磁弹簧机构性能的影响等;介绍了永磁弹簧机构在电流作用下产生直线往复运动时的应用情况,包括电磁阀、电磁泵、电磁往复直线执行器、永磁式离合器等;分析了永磁弹簧机构在支撑和减振领域的应用。     

全永磁驱动带式输送机控制策略及动力学行为

针对传统异步电机驱动和液压绞车张紧带式输送机存在的传动效率低、运行维护困难、张紧响应慢等问题,设计了一种集永磁电机直驱与永磁张紧于一体的全永磁驱动带式输送机,制定了全永磁驱动系统矢量控制策略与机-电耦合动力学模型;利用Matlab/Simulink建模仿真与煤矿井下现场试验相结合的方法,研究了全永磁驱动带式输送机在空载启动、满载启动、变载运行等工况下的矢量控制策略与机-电耦合动力学行为。结果表明：全永磁驱动带式输送机在多种工况下均能实现转矩与转速的快速响应和动态调节,具有良好的动态特性;多台电机间可维持功率平衡与同步传动,具有较强的抗干扰能力;永磁张紧装置可以实现张紧力动态调节,有利于提高带式输送机驱动效率、张紧响应速度以及整机协调可控性;全永磁驱动系统可实现对带式输送机的智能驱动与动态张紧,在机-电耦合动力学行为仿真试验与现场试验中得到的电机动态特性规律基本一致,表明其可满足煤矿井下带式输送机实际工况需求,具有较高的推广应用价值。     

可调速异步盘式磁力联轴器的多目标优化设计

在对可调速异步盘式磁力联轴器引入层模型理论的基础上,以多种结构参数和性能参数(永磁体轴向厚度、气隙长度等)作为设计变量,减少材料成本和提高转矩性能为双优化目标,建立了数学优化模型。基于上述模型,建立了双目标函数各自的隶属函数,采用线性加权求和法将双目标函数转化为单目标函数;然后运用惩罚函数法把多约束问题转化为无约束问题,进而利用遗传算法对联轴器的各参数进行了优化。优化结果表明,联轴器的总体积下降了16.98%,转矩提高了12.82%,该算法具有良好的优化效果。