盘式实心磁力耦合器气隙磁场分布及转矩分析

针对一台9对极盘式实心磁力耦合器,为研究其气隙磁场分布及转矩,引入层理论模型,将磁力耦合器划分为非导电区域和导电区域两部分,推导二维标量磁位法,求解非导电区域的标量磁位和导电区域的磁场强度,同时引入卡特系数进行校正,推导出盘式实心磁力耦合器的气隙磁密和输出转矩公式;然后,通过有限元软件模拟得到磁力耦合器的三维气隙磁场分布、涡流分布和输出转矩,并分析了不同工作参数对输出转矩的影响;最后,搭建三维气隙磁场测量试验平台和传动试验平台进行三维气隙磁场和转矩的试验,所得试验结果与理论计算结果、仿真结果基本吻合。结果表明,推导的气隙磁密和输出转矩公式具有较高的准确性,为进一步研究盘式实心磁力耦合器的传动特性提供参考。     

不同盘间距下可调速异步盘式磁力联轴器的传动性能分析

提出一种具有新型结构的可调速异步盘式磁力联轴器,通过调节装置改变永磁体盘与铜导体盘间的距离,迅速调整气隙磁场的大小,更好更快地控制不同转速与转矩的输出。同时,采用有限元模拟软件对磁力联轴器进行建模分析,得出盘间距对传动性能的影响。模拟结果表明:气隙的轴向磁通密度近似呈周期性分布,周期数为9,即永磁体的磁极对数;随着盘间距的增大,可调速异步盘式磁力联轴器的输出转矩呈现先减小后增大的趋势;当盘间距h=40 mm时,输出转矩最小,且转矩波动值最大;双边盘式磁力联轴器较普通盘式磁力联轴器而言,轴向力几乎为零。研究结果对可调速盘式磁力联轴器的性能研究具有很好的指导意义。     

盘式实心异步磁力耦合器的调速关系分析

气隙厚度对磁力耦合器的运行至关重要,通过改变气隙厚度实现耦合器的调速功能具有重要意义。为了研究盘式实心异步磁力耦合器的气隙厚度与调速性能之间的关系,结合等效磁路法与磁路的基尔霍夫定律建立了轴向充磁的耦合器模型。通过对模型进行解析计算得出耦合器的磁路参数,再结合三维修正系数与转矩公式得到耦合器的转矩表达式。此外,在恒转矩负载调速下,结合转矩表达式推导出气隙厚度与转差率的关系,得到调速关系式,从而研究得到盘式实心异步磁力耦合器的调速关系。利用Matlab对转矩表达式和调速关系式进行离散化求解,并用有限元仿真及实验进行对比分析,验证了调速关系在理论计算上的正确性,并为耦合器实现精确调速提供了理论依据。     

盘式磁力驱动器隔离套的涡流损耗分析

磁力驱动器是基于磁力驱动技术实现力或转矩无接触传递的一种新型传动装置,其磁场强度计算和涡流损耗是影响磁力驱动器设计的两个主要因素。本文首先根据等效电流模型理论,分析了盘式磁力驱动器的气隙磁场分印,然后在气隙磁场分析的基础上．建立了盘式磁力驱动器隔离套涡流损耗的数学模型,并利用有限元方法对建立的模型进行了验汪。最后根据建立的模型,分析了磁路尺寸、驱动器转速和隔离套尺寸等对磁力驱动器涡流损耗的影响。取得的结果对减小圆盘式磁力驱动器涡流损耗具有指导作用。     

盘式异步磁力联轴器传动特性

针对一台新型18极16槽盘式异步磁力联轴器,为研究其传动特性规律,首先以层理论模型为指导分析得出联轴器的转矩理论计算方法;然后通过有限元分析得出三维瞬态气隙磁场的分布以及不同工作参数对转矩传递的影响;最后通过三维磁场测量系统和传动试验台进行不同工况下的三维瞬态气隙磁场和转矩的实测,并得出不同工作参数与转矩、效率的关系曲线。仿真和试验结果都表明,联轴器中最大磁密出现在永磁转子上,磁转子背部的轭铁处磁密也较大;轴向分量为气隙磁密的主要分量,气隙厚度的减小使得轴向磁密以及转矩都会增加;随着转差率的增加、输入转速的增大,联轴器传递转矩也会增大,但轴向磁密却减小;当输出转矩增加时,转差率在一定范围呈线性平缓增加而后急剧上升,而传递效率却先上升后下降,且当转差率为3%时,效率达到最大;在给定转差率为6%时,输入功率的增加对联轴器的传动效率几乎无影响,效率基本保持在94%左右,从而验证转差率和效率之和满足常数1的规律;当输出转矩为26~48 N·m时,传递效率始终保持在95%左右,此时转差率范围为2%~6%,证明盘式异步磁力联轴器能够在一定负载工况下高效运行,具有很好的传动特性。     

锥形转子磁力耦合器调速机理研究

设计出一种锥形转子磁力耦合器(conical rotor magnetic coupler,CRMC),将CRMC简化为径向及轴向的组合模型,利用等效磁路法分别得出各模型的气隙磁密和电磁转矩表达式;计算并验证了电磁转矩T与转差率s的关系,并据此分析了 CRMC的运行特性.通过有限元模型仿真,得到了输出转速、转矩及功率随...     

筒式磁力耦合器的结构参数对传动性能的影响

转矩是磁力耦合器传动性能的重要指标之一,为获得单位体积内磁力耦合器具有最大传动转矩时的磁路结构参数,以永磁体间隙排列的筒式实心磁力耦合器为研究对象,运用Magnet有限元分析软件模拟分析不同长径比下,磁力耦合器的不同结构参数对转矩和转矩密度的影响,得到磁力耦合器的最佳结构参数:永磁体的极弧系数为0.8,磁极对数为6,铜环厚度为4mm,铜环长厚比为1,通过模拟分析该结构参数下的磁力耦合器的机械特性,得到磁力耦合器的输出转矩与输出转速的关系曲线,相较于筒式鼠笼转子磁力耦合器,改进后的磁力耦合器在恒负载工况下具有较大的稳定运行区间,且滑差率为66%时具有最大的传动转矩。     

基于Ansoft的盘式磁力耦合器的仿真研究

盘式磁力耦合器是一中新型的传动装置。根据盘式磁力耦合器的机械结构和工作原理,利用Ansoft Maxwell软件对盘式磁力耦合器进行了三维建模和仿真分析,得出的磁感应强度云图和涡流密度矢量图验证了仿真设置的正确性,绘出了输出转矩与永磁体轴向长度、气隙和导体盘厚度所能传递力矩的影响曲线。为盘式磁力耦合器的设计提供了参考。     

异步轴向磁力耦合器高转速下传输特性分析及试验研究

磁力耦合器利用磁场耦合作用传输转矩,将刚性连接转换为非接触的软联接方式,具有软启动、减小振动、堵转保护、高可靠性等优点,被广泛应用于工业领域。磁力耦合器还可应用于一些特殊场合,如超导飞轮储能系统,其具有省去电机定子冷却系统、真空腔完全动密封、实现长期储能的优点。由于磁力耦合器在高转速下少有应用及研究,针对超导飞轮储能高转速应用研究了异步轴向磁力耦合器的传输特性。采用传统的转速差仿真方法建立有限元模型,并计算了传输转矩、轴向力、气隙磁感应强度等性能参数,对关键部件的温升特性进行了仿真分析。试制了原理样机,搭建了高转速传输特性测试平台。在同步转速9 500 r/min下进行了试验。通过与仿真结果比较,验证了常规建模方法的有效性。对不同转速下的转矩传输特性进行试验对比,验证了异步轴向磁力耦合器高转速应用的可行性。     

含Halbach永磁阵列的磁场调制式磁力齿轮特性分析

磁场调制式磁力齿轮是一种非接触磁力传动装置,Halbach永磁阵列是一种非单一充磁方向的新型永磁结构。为了掌握含Halbach永磁阵列磁场调制式磁力齿轮的磁场和机械特性,首先,用傅里叶级数展开方法表达了Halbach永磁阵列磁化强度的基波和谐波分量;其次,利用有限元方法,分别建立了径向充磁型和Halbach型磁场调制式磁力齿轮模型,比较了两种模型内外气隙磁场和磁场谐波、内转子和外转子的矩角特性和齿槽转矩特性。通过对比可知,相比于径向充磁型磁力齿轮,Halbach型磁力齿轮具有更加平滑的转矩输出。     

笼型异步磁力耦合器转矩特性分析

为获得笼型转子异步磁力耦合器(Asynchronous Magnetic Coupling,AMC)的电磁转矩特性,基于AMC运行机理建立其有限元模型并计算出其转矩仿真值;通过理论分析及试验验证,表明当AMC转速差恒定时,转矩随轴向位移的增加而减小;当轴向位移恒定时,转矩随着转速差的增加呈缓慢增长的趋势。     

可调速同轴式异步磁力联轴器的传动机理及工作特性分析

提出了一种可调速同轴式异步磁力联轴器,通过远程智能控制器改变内外转子之间的啮合面积,调节气隙磁场强度,从而实现速度的可调节。同时,利用有限元软件对该磁力联轴器进行三维瞬态磁场模拟,分析研究了轴向位移变化对磁力联轴器的传动特性的影响。结果表明,径向气隙的磁通密度近似呈周期性分布,周期数为7,即永磁体的磁极对数;随着轴向位移长度的增加,径向气隙磁密逐渐减小,在轴向位移长度为16²4 mm时,径向气隙磁密呈线性减小;输出转矩随轴向移动长度的增加近似呈线性减小,且在024 mm时,径向气隙磁密呈线性减小;输出转矩随轴向移动长度的增加近似呈线性减小,且在0²5 ms时,输出转矩会出现一个较大波动,在10025 ms时,输出转矩会出现一个较大波动,在100²00 ms时转矩慢慢趋于平稳。     

基于解析模型的磁场调制式磁力齿轮机械特性分析

应用电磁学理论,求解磁场调制式磁力齿轮模型的拉普拉斯和泊松方程组,建立其解析解模型。基于磁场调制式磁力齿轮的解析解模型,研究了最大输出转矩随着内外转子磁铁厚度、调磁环的厚度和开槽率、内外层气隙厚度等几种结构参数的变化规律,进行磁力齿轮的初步优化。     

转子调磁式磁力齿轮设计与分析

针对传统磁力齿轮高速运转时转子永磁体会破坏的缺点,提出没有永磁体的转子调磁式磁力齿轮。根据磁场调制原理建立了输入输出转矩与气隙磁场间的关系,使用二维有限元法分析其转矩传递能力;使用参数化扫描对不同的转子尺寸参数组合进行优化分析,得到输出转矩与转子尺寸间的关系,并探究各转子尺寸参数对输出转矩影响的原因。仿真结果表明:输出转矩与转子的尺寸参数有直接关系,存在最优尺寸使输出转矩达到最大值;优化后输出转矩增加了81.2%,低速转子尺寸对输出转矩影响最大。最后对气隙中磁密进行谐波分析,结果表明优化前后主要谐波的变化与转矩变化一致,验证了转子调磁式磁力齿轮设计分析的有效性。     

400Hz高速磁力泵永磁联轴器磁场特性分析

鉴于包含运动边界磁场难处理的问题,为精确获得内外磁转子同步旋转隔离套静止其中时的磁场特性,应用Maxwell软件基于时步有限元法对400Hz高速磁力泵永磁联轴器进行了二维有限元瞬态计算。分析了稳态转速下的磁场分布特性,得到了不同转速及磁转角下的磁力线和涡流密度分布,给出了转矩和涡流损耗随转速、磁转角变化的关系。结果表明,内外轴式永磁联轴器输出转矩基本恒定,当转速为7800r/min,磁转角为7.5°时的波动幅值仅为平均值的0.81%;转矩不随转速变化,而随磁转角基本呈正弦变化。涡流损耗随转速增大而增大,随磁转角增大而减小;磁转角7.5°时,n=7800r/min涡流损耗为n=750r/min涡流损耗的108倍。由于隔离套涡流损耗产生的附加磁场的作用,内外磁转子气隙不同半径处的磁感应强度有所差别;相同磁转角下,R=38.1mm处周向磁密幅值均大于R=36.55mm处,且其周向磁密向磁转子转动方向偏移,而R=37.4mm处的周向磁密向磁转子转动的反向偏移。     

基于双角气隙的大推力凸缘式双向驱动盘式电磁铁研究

针对电液控制系统对电-机械转换器强电磁力和双向驱动性能的需求,提出一种大推力凸缘式双向驱动盘式电磁铁,通过引入径向工作气隙,形成双角气隙磁通,减小了磁路中的磁阻,解决了平面式盘式电磁铁随着工作气隙的增大,磁阻增大,电磁力迅速减小的缺点,实现了大推力特性。通过建立二维静态磁场仿真模型,分析其不同行程下的磁场分布情况,探讨主要结构参数对其静态特性的影响规律并进行双参数变量影响分析。试验结果与仿真结果基本吻合,结果表明在0.45 A(5.4 W)额定电流激励时凸缘式双向驱动盘式电磁铁在1 mm行程内电磁力均在58 N以上,与平面式双向驱动盘式电磁铁相比,电磁力明显提高。     

大位移角振动台的气隙磁场动静态特性分析

针对电机驱动式角振动台气隙磁场不均匀和输出大位移时波形失真大的问题,提出了一种径向磁通磁路结构的大位移角振动台,对其气隙磁场动静态特性进行优化分析。基于等效磁化强度法,在极坐标系下建立气隙磁感应强度的解析表达式,通过有限元法验证该方法的有效性,进一步分析了永磁体厚度、永磁体扇形角及气隙厚度对静态气隙磁场的影响规律;通过瞬态有限元法仿真分析了0.01、0.1和1 Hz 3个频率点上外磁环固定不动而永磁体和内磁芯转动的气隙磁场动态特性,定量分析了相对运动对气隙磁感应强度的影响规律;将优化后的磁路参数用于大位移角振动台样机中,测试结果表明,气隙平均磁感应强度及其分布规律和理论计算结果相吻合;研究方法对角振动台径向磁通磁路的理论分析与优化设计具有重要意义。     

角向不对中可调速盘式异步磁力联轴器的转矩特性分析

为研究可调速盘式异步磁力联轴器处于角向不对中工况下的输出转矩特性,首先对该联轴器角向不对中的运动机理进行了理论分析,然后利用Ansoft有限元软件对可调速盘式异步磁力联轴器在不同角向不对中量下的运行状态进行三维模拟分析,得到了其磁感应强度分布云图和输出转矩曲线及其对比表,最后进行了误差分析。研究结果表明:随着角向不对中量的增加,可调速盘式异步磁力联轴器的输出转矩出现了先减小后增大的趋势;当角向不对中量达到2°时,联轴器的输出转矩依然能够保持较高的精度和效率。分析结果对可调速盘式异步磁力联轴器以及其它磁力联轴器的安装调试及工作性能研究具有很好地指导意义。     

调制式永磁齿轮气隙磁场及转矩分析计算

针对有限元法(Finite element method,FEM)计算调制式永磁齿轮的气隙磁场及转矩时,计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长等缺点,采用"场"、"路"结合的分析方法,建立适于计算机建模的气隙磁场及转矩的数学解析模型。根据恒定磁场中的标量磁位理论,通过求解不同边界条件下的微分方程,获得调制式永磁齿轮中高速永磁圈在无调磁环状况下的气隙磁场数理模型;将引入调磁环后所产生的调制效应表示为等效磁路中的气隙磁导,进而获得调制函数,并以此建立高速永磁圈在有调磁环状况下的气隙磁场数理模型;再将低速永磁圈中的永磁体等效为电流模型,并根据电流在磁场中所受的洛仑兹力进行转矩建模。经算例计算表明,所建模型与FEM计算精度相当,但速度更快,且适于计算机程序化,易于实现调制式永磁齿轮的结构参数分析与优化。     

一种圆筒型直线磁力齿轮的设计与优化

在理论分析磁场调制式磁齿轮工作机理的基础上,设计了一种传动比为2.67的圆筒型直线磁场调制式磁力齿轮,并应用有限元方法分析计算了该直线齿轮的气隙磁密、静态和动态推力特性,计算结果充分验证了设计的合理性。在此基础上,分析了调磁环尺寸对该齿轮输出力矩的影响及变化规律,为直线型磁力齿轮的参数优化提供了依据,并优化调磁环相对宽度为0.6、厚度为3mm、高速侧气隙宽度为1.2mm。