磁体旋转型开槽盘式磁力耦合器的电磁场分析和传动性能测试

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磁体旋转型磁力耦合器是由可旋转式永磁转子和导体转子组成,是一种新型调速装置。该磁力耦合器具有无接触式传动、结构简单、维护成本低以及节能显著等优势。本文针对磁体旋转型开槽盘式磁力耦合器推导了耦合器的多个无量纲参数,并围绕磁体旋转型开槽盘式磁力耦合器不同无量纲数对气隙磁场、轴向力、传动性能、感应电流以及调速性能进行了研究,获得了以下的成果:(1)通过量纲分析法和方程分析法推导了磁体旋转型开槽盘式耦合器的无量纲数。提出量纲分析法推导耦合器无量纲数的具体表达式,通过用耦合器的基本物理量与其它物理量组成关系式,基于量纲齐次原则,推导了磁力耦合器的无量纲数,其中包括长径比、偏心率、气隙参数、磁密参数和速度参数等,减少了影响磁体旋转型磁力耦合器传动性能的参数数目,并通过方程分析法对量纲分析法推导出的关系式进行验证分析。(2)模拟磁体旋转型开槽盘式磁力耦合器整体无量纲数、导体转子无量纲数以及永磁转子无量纲数对气隙磁场影响。通过三维有限元软件,建立了磁体旋转型磁力耦合器的模型,模拟得到了耦合器整体不同无量纲数对气隙磁场的影响,分析了其对气隙磁密、轴向力以及输出转矩的影响,获得了磁力耦合器的偏心率、气隙参数和速度参数变化对耦合器气隙磁密的变化规律。模拟分析了导体转子不同无量纲数对气隙磁场的影响,包括导体层径长比、轭铁层径长比、槽极配比以及开槽角度。针对可旋转式永磁转子的特点,研究了S极永磁体旋转角度对气隙磁场的影响,主要分析了S极旋转角度对耦合器静态和瞬态气隙磁场影响,另外分析了小转速差和大转速差下的轴向力和输出转矩变化规律。通过磁力耦合器以上三个方面的无量纲数,从而得到了耦合器不同无量纲数下气隙磁场的变化规律以及无量纲数的最优取值范围。(3)模拟获得磁体旋转型开槽盘式磁力耦合器不同无量纲数对导体转子中感应电流的影响,还对不同无量纲数下磁力耦合器的调速性能进行分析研究。通过有限元模拟软件,分别研究了磁力耦合器整体无量纲数下感应电流变化情况和无量纲数对耦合器调速性能的影响。研究了导体转子不同无量纲数下感应电流和无量纲数对调速性能的影响,包括导体层径长比、轭铁层径长比、槽极配比和开槽角度。另外,对于磁体旋转型永磁转子,主要分析S极永磁体不同旋转角度对感应电流和调速性能的影响。通过以上三个方面得到磁体旋转型开槽盘式磁力耦合器不同无量纲数下感应电流和调速性能的变化规律,得到无量纲参数的最佳取值范围。(4)搭建气隙磁场测量装置和搭建智能测试平台。分别测量磁力耦合器三维气隙磁场强度和对磁力耦合器的传动性能和调速性能进行试验测试,获得耦合器静态下三维气隙磁场的轴向气隙磁密值和径向气隙磁密云图以及两者的气隙磁密值。获得不同气隙参数下磁力耦合器的调速性能和输出转矩变化曲线,并将试验值与模拟值进行对比,验证得到最优气隙参数下耦合器传动性能最佳的正确性。
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