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调磁式异步磁力联轴器通过调磁极片调制永磁外转子磁场,使得导体内转子转速和方向得以改变,为提高该种磁力联轴器的转矩传递能力,本文提出利用Halbach永磁阵列的单边聚磁特性增强联轴器工作气隙中的磁场强度。本文围绕Halbach型调磁式异步磁力联轴器的磁场特性、传动性能以及温度分布进行了系统的研究,并且试制了样机进行性能试验研究。 研究了Halbach型调磁式异步磁力联轴器的气隙磁场及传动机理。对比分析了Halbach阵列与传统磁体排布时的静态气隙磁场分布特性,并利用VB和MATLAB软件对Halbach阵列永磁体产生的空间静态三维气隙磁场进行二次开发研究,实现气隙磁场的参数化设计。此外,运用磁场解析法对内气隙调制磁场分布进行分析,得到了适用于Halbach排布时内气隙调制磁场磁感应强度的理论公式,推得了联轴器传动比的计算公式。 通过Maxwell2D有限元分析软件模拟仿真了永磁体分配比、永磁体磁极对数、调磁极片齿数和内转子槽数对联轴器瞬态传动特性的影响,得到了瞬态感应电流密度分布特点,内气隙径向磁密幅值的变化曲线及转矩的变化曲线,该模拟结果反映了联轴器的电磁特性,为Halbach型调磁式异步磁力联轴器结构的优化提供了依据。 研制了Halbach型调磁式异步磁力联轴器样机,进行三维外气隙永磁体磁场、三维内气隙调制磁场及传动性能的试验研究。采用高精度数字化测磁系统进行内外气隙磁场的三维测量,得到了永磁磁场和调制磁场磁感应强度径向、周向和轴向分量的三维空间分布图,相比于永磁磁场,调制磁场的各向分量磁感应强度均明显减弱,与静态气隙磁场的理论结果较为一致;对三种不同内转子结构的联轴器样机进行传动特性的测定,得到了传动比随输入转速和转矩随输出转速或滑差率的变化曲线,结果表明浅槽导体转子样机的传动性能最好,且相比于传统阵列,联轴器采用Halbach阵列时的传动性能显著提高。 进行了温度场的三维模拟及温度场的测试试验。应用ANSYS软件进行了三维温度场模拟,得到了三种内转子结构的联轴器整体及各组成部件的温度分布,并进行温升实验研究,测量了各联轴器样机外转子轭铁、调磁极片及内转子的温度分布,结果表明浅槽导体转子联轴器的温升最高,并验证了理论的正确性。这些研究对大功率、高转速下的Halbach型调磁式异步磁力联轴器的设计具有指导意义。