雙層實(shí)心異步磁力聯(lián)軸器的渦流和傳動(dòng)特性分析

隨著磁力機(jī)械的發(fā)展，異步磁力聯(lián)軸器在煉油、化工、煤炭、農(nóng)業(yè)機(jī)械等行業(yè)的電機(jī)與負(fù)載之間或其他相關(guān)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳輸裝置中有著良好的應(yīng)用前景。相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械式聯(lián)軸器，異步磁力聯(lián)軸器在傳動(dòng)過程中可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)轉(zhuǎn)子與外轉(zhuǎn)子的非接觸傳動(dòng)，從而不存在機(jī)械摩擦和磨損，避免了振動(dòng)的干擾，減小了傳動(dòng)部件的損耗

對(duì)于可調(diào)速式的異步磁力聯(lián)軸器還可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)和過載保護(hù)功能。實(shí)心轉(zhuǎn)子異步磁力聯(lián)軸器當(dāng)外轉(zhuǎn)子在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，與內(nèi)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即會(huì)在銅導(dǎo)體中感生出渦流，而渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場又與永磁體產(chǎn)生的磁場相互作用，通過磁場耦合使得內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)同向旋轉(zhuǎn)，即實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與負(fù)載之間無機(jī)械連接的扭矩傳遞。

模擬結(jié)果與分析在進(jìn)行電磁場有限元分析時(shí)，對(duì)磁力聯(lián)軸器模型的各表面定義相對(duì)磁導(dǎo)率和電導(dǎo)率等物理參數(shù)，網(wǎng)格劃分時(shí)對(duì)銅層和氣隙區(qū)域劃分相對(duì)較細(xì)的有限單元。由于扭矩是磁力聯(lián)軸器的主要傳動(dòng)性能指標(biāo)，可以看出，在初始階段扭矩逐漸加大，然后慢慢減小，趨于平穩(wěn)，傳動(dòng)比較平穩(wěn)。

2特性分析

2．1永磁體厚度當(dāng)磁力聯(lián)軸器的磁極對(duì)數(shù)、銅層厚度、氣隙厚度以及永磁體軸向長度等參數(shù)不變時(shí)，僅改變永磁體厚度，模擬后永磁體厚度與渦流密度和扭矩的關(guān)系，這是由于隨著厚度的增加，磁阻和漏磁也相應(yīng)增加，永磁體耦合面上的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度也降低，當(dāng)厚度增加到值后，所增加的磁通密度幾乎全部消耗在增加的磁阻和漏磁上。為了提高永磁體的利用率及節(jié)約成本。

2．3磁力聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁勢主要消耗在氣隙與永磁體上，氣隙厚度越大，消耗在氣隙上的磁通密度越大，銅層上感生的渦流也就越小，從而導(dǎo)致永磁體的利用率降低。為了既扭矩傳遞的需要，同時(shí)又要充分利用永磁材料，降低磁力聯(lián)軸器的制造成本，在能夠裝配的情況下，氣隙厚度選擇1～mm即可。

2．銅層與永磁體軸向長度比銅層與永磁體軸向長度差對(duì)銅層內(nèi)的渦流及輸出扭矩的影響稱為端部效應(yīng)，當(dāng)磁力聯(lián)軸器的磁極對(duì)數(shù)、氣隙厚度、永磁體厚度以及永磁體軸向長度等參數(shù)不變時(shí)，僅改變銅層軸向長度，通過三維模擬分析不同銅層軸向長度與永磁體軸向長度之比與渦流密度和扭矩的關(guān)系。此時(shí)磁力聯(lián)軸器的傳動(dòng)性能達(dá)到較好，綜合考慮生產(chǎn)成本、功率損耗以及扭矩需求等多方面因素，長度比在1．021．1范圍內(nèi)選擇較為合適。

2．不同導(dǎo)體材料內(nèi)轉(zhuǎn)子外層上不同導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率不同，導(dǎo)體切割磁力線時(shí)產(chǎn)生的渦流密度大小也不同，因此渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場與原磁場耦合輸出的扭矩也不同。當(dāng)磁力聯(lián)軸器的磁極對(duì)數(shù)、氣隙厚度、永磁體厚度以及永磁體軸向長度等參數(shù)不變時(shí)，僅改變導(dǎo)體層的材料，模擬后不同材料的外層導(dǎo)體與渦流密度和扭矩的關(guān)系?？梢钥闯?，隨著電導(dǎo)率的減小，扭矩和和渦流密度也相應(yīng)減小。

為了驗(yàn)證模擬分析的正確性，利用磁力傳動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)對(duì)磁極對(duì)數(shù)為對(duì)極，雙層實(shí)心異步磁力聯(lián)軸器進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)中通過調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，增加磁粉制動(dòng)器的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，控制磁力聯(lián)軸器的外載，不同轉(zhuǎn)差率下的輸出扭矩。不同輸入轉(zhuǎn)速下輸出扭矩的試驗(yàn)值和模擬值，可以看出，隨著轉(zhuǎn)差率和輸入轉(zhuǎn)速的增加，扭矩也增加，這是由于轉(zhuǎn)差率和輸入轉(zhuǎn)速越大，單位時(shí)間內(nèi)銅層切割磁力線的次數(shù)越多，產(chǎn)生的渦流密度越大，渦流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場

與原磁場耦合輸出的扭矩越大。為了看出試驗(yàn)值與模擬值的誤差，有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合地較好。試驗(yàn)值比模擬值小，這是由于聯(lián)軸器實(shí)際工作時(shí)，存在其他的損耗，包括轉(zhuǎn)子鐵損和機(jī)械摩擦損耗，這些損耗會(huì)降低輸出的扭矩等；

另一方面，在模擬計(jì)算時(shí)，為了便于分析，忽略了永磁體的漏磁等影響，可以考慮采用的修正系數(shù)來進(jìn)行修正。

利用有限元軟件對(duì)給定參數(shù)條件下的雙層實(shí)心異步磁力聯(lián)軸器進(jìn)行了電磁場模擬分析，并通過試驗(yàn)得出扭矩隨轉(zhuǎn)差率和輸入轉(zhuǎn)速的增加而增加，驗(yàn)證了模擬分析結(jié)論的正確性，模擬分析結(jié)論如下：隨著氣隙厚度的加大，渦流密度和扭矩都是逐漸減小。為了既扭矩傳遞的需要，同時(shí)又要充分利用永磁材料，降低磁力聯(lián)軸器的制造成本，隨著銅層厚度的增加，扭矩是先加大后減小。銅層軸向長度與永磁體軸向長度之比越大，輸出扭矩越大，綜合考慮生產(chǎn)成本、扭矩需求等多方面因素。