我国风机和泵类等离心式负载机械的用电量占我国用电总量的30%以上,因此对离心式负载机械进行调速节能研究具有较好的理论意义与应用价值。目前调速方式主要有变极、变频及变转差三大类,其中变转差调速中的磁力耦合器(简称磁耦)调速具有气隙磁密度高及机械结构简单等优点,受到研究人员及企业的广泛关注与重视。现有磁耦调速主要存在两大难题:①由于其为转差调速,即转差越大其发热量也越大,因此空冷条件下的大功率磁耦发热难以散出;②现有磁耦调速机构一般为花键副,不仅调速精度低,而且频繁调速时极易磨损,造成调速机构无法工作。为解决上述问题,本文对绕线式磁耦(Winding type Magnetic Coupler,WMC)进行了较为深入的研究。由于WMC采用外串电阻进行调速,因此可将其内部感生电流引出至外部电阻箱,从而实现空冷条件下的大功率、大转差调速;另外,WMC的调速方式为静态电调速,因此还解决了现有磁耦速装置的机械磨损易坏等问题。本文概述了磁耦的国内外研究现状,分析并阐述了 WMC的工作特点;由于径向式结构的每磁极磁动势是切向式的两倍,因此本文采用径向式分布为永磁外转子的磁路结构,利用ANSYS Electronic对该结构的磁场分布进行分析,建立了额定状态下WMC导体内转子感生电势、感生电流及输出转矩的数理模型。深入分析了 WMC调速节能原理,并依此建立了外串电阻与WMC导体内转子输出转速与转矩的关系模型,;针对WMC启动时由于启动转矩小而启动电流大所造成的启动困难等问题,通过接入外串电阻改变了 WMC的固有启动特性,并依据所建外串电阻与WMC输出转速与转矩关系模型,给出了启动时WMC应接入的最佳电阻值。应用SolidWorks软件对无散热结构的WMC进行三维建模,并利用Flow Simulation对所建的三维模型进行温度场仿真;结果显示,永磁外转子上的永磁体与导体内转子绕组的温升较高,但由于过余量较小,因此可通过加装风扇并设计出合理的散热结构完成其所需的散热要求。分析了三种风扇的使用要求及所属类型,按WMC调速要求,设计出适于WMC散热要求的风路结构并加装了轴流式风扇;对流体进入轴流式风扇的初始状态、中间状态、流出状态及进入铁辐通道状态等四个切面进行了详细分析,给出了所述四个切面的速度云图及静压云图,并结合WMC流固耦合场中的流速矢量及流体流迹,验证了所设计风路结构的可行性。