復合式磁力耦合器的設計與試驗研究

安徽四創電子股份有限公司 朱小三

復合式磁力耦合器在實際應用過程中，其主要為了針對硬巖掘進機在啟動一些振動比較大的過載工作。在現代科學技術的不斷進步和發展背景下，有很多新型技術被廣泛應用到各個領域中，其中復合式磁力耦合器的使用，能夠實現對振動大的過載工作起到良好的保護效果。與此同時，需要與新型復合式磁力耦合器的結構特點進行有效結合，這樣不僅能夠保證其整體應用效果，而且還能夠實現對復合式磁力耦合器科學合理的設計和利用。

1.復合式磁力耦合器的設計

本文在針對復合式耦合器的實際應用情況進行分析時，主要是在原有的磁力耦合器結構特征基礎上，提出一種全新的理念，也就是具有復合式特征的耦合器。復合式耦合器在實際應用過程中，其永磁體在徑向以及軸向會實現同時充磁的現象，銅導體在徑向以及端面兩個位置處，會實現磁力線的同時切割。這樣能夠最大限度保證電磁阻尼的有效增加，同時，在一些同等體積或者是同等尺寸的背景下，可以實現傳動功率大幅度的提升。除此之外，在傳遞功率處于一定狀態的時候，可以適當對耦合器體積或者是尺寸進行縮小處理，這樣能夠盡可能節約其空間占有面積。

復合式磁力耦合器本身是左右對稱式的結構。為了能夠方便分析，只是將其中的四分之一進行選取，實現對其磁路的有效分析。圖1中所呈現的是復合式磁力耦合器的磁力線走勢圖。對其分析可以總結出，其磁通路徑與一些普通筒式的磁力耦合器相比，復合式磁力耦合器本身的復雜性更加明顯。漏磁一般都會分為很多種不同類型，比如氣隙漏磁回路、復合漏磁回路等。在針對這些不同類型的漏磁現象進行分析時發現，氣隙漏磁的出現，會隨著氣隙本身的長度變化而產生相對應的變化[2]。

圖1 復合式磁力耦合器磁力線走勢圖

2.復合式磁力耦合器的設計與試驗

在針對復合式磁力耦合器的實際應用情況進行分析時，為了保證分析結果具有真實性和有效性，需要通過試驗對其進行驗證。

2.1 仿真

根據下表1中所呈現出的數據和內容進行分析可以看出，由于下表中主要是復合式磁力耦合器和雙盤式磁力耦合器在試驗過程中的各項參數。在分析過程中，主要通過三維磁場仿真軟件科學合理的利用，通過Ansoft促使模型得到有效的構建和使用。在針對其求解類型進行確定的時候，將其直接定義成為瞬態電磁場仿真。在針對永磁體材料進行選擇的時候，將其確定為NdFe35，永磁體軛鐵材料確定為steel_1010。除此之外，將求解的時間設置在0.3s，步長控制在0.001s，外轉子在實際輸入過程中，其整體轉速控制在450r/min[3]。

據對上文中的分析內容可以確定，在試驗過程中，可以直接通過仿真模型的制作和利用，獲得兩種磁力耦合器在不同轉子位置的氣隙磁通密度分布情況，如圖2所示，同時其扭矩波動如圖3所示。在這一基礎上，與實際情況進行結合之后，對不同轉差之下的兩種磁力耦合器扭矩進行仿真分析，最終得出的數據結果如表1所示。

圖2 氣隙磁場中心的磁通密度分布

圖3 復合式磁力耦合器的扭矩仿真圖

表1 復合式磁力耦合器的仿真數據

通過對圖2中所示內容進行分析可以得出，在針對氣隙磁場軸向磁通密度進行分析時，復合式磁力耦合器與普通的雙盤式耦合器相比，相互之間的差異性并不是很明顯。但是在針對一些徑向磁通密度進行具體分析時，對兩者的數值進行對比分析可以看出，由于復合式磁力耦合器本身存在徑向永磁轉子，所以對磁場的正對面積能夠起到非常有效的擴大作用，這樣就會促使氣隙磁場的整體強度得到有效提升。

圖4 復合式磁力耦合器樣機試驗裝置

2.2 試驗驗證研究

復合式磁力耦合器應用試驗設備主要包括51K120A-A（C/Y）F型可調速加載電機、YH-502型動態扭矩傳感器等。圖4為1：2樣機試驗裝置。

過程中，為了保證整個分析過程具有方便快捷的特征，需要通過變頻器的合理使用，促使負載電機的的轉速被恒定在450r/min。除此之外，對加載電機的轉速進行有效控制，將其控制在50至450r/min的轉速。由于負載電機在實際應用過程中，其與復合式磁力耦合器樣機相互之間需要保證同步旋轉，所以試驗樣機的電磁扭矩可以被看作是扭矩傳感器的最終讀數。

利用非接觸式轉速儀，對試驗樣機輸出情況進行測試并統計分析。如表2所示。

表2 復合式磁力耦合器加載扭矩試驗數據

通過對表2中所呈現出的數據進行綜合分析和深入研究可以看出，加載扭矩如果越來越大，那么輸出轉速的整體比例就會越來越小。除此之外，加載扭矩在每增大5N·m的時候，復合式磁力耦合器在實際運作過程中，其整體轉差率就會增加大概0.22%左右。由此可以看出，轉差率與復合式磁力耦合器試驗樣機的加載扭矩之間呈基本線性關系。通過對表2、表3中的數據進行整合分析，可以將復合式磁力耦合器的加載扭矩、轉差率相互之間的關系描繪出來，如圖5所示。

圖5 復合式磁力耦合器加載扭矩與轉差率的關系

通過對圖5中的內容進行分析可以得出，加載扭矩越來越大，電磁扭矩在理論值/仿真值和試驗值也呈現出線性增大，且三組數值比較接近，對本文模型的正確性和有效性基本可以得出有效的驗證結論。

3.結束語

綜上所述，本文在針對復合式磁力耦合器的設計情況進行分析時，通過試驗研究的方式對其進行有效的論證分析。本文主要是針對復合式磁力耦合器的實際應用情況進行分析，結合實際情況，按照1：2的比例制作出樣機，對復合式磁力耦合器本身的實際情況進行試驗研究。通過試驗結果可以看出，如果加載扭矩增加5N·m的時候，那么轉差率可以增加0.22%左右。由此可以看出，復合式磁力耦合器的加載扭矩與轉差率相互之間可以以線性關系的共存。