磁耦合器的相關參數仿真分析

(鄭州大學機械工程學院 河南 鄭州 450001)

一、工作原理

磁耦合器的由兩部分組成：主動段和從動端。主動段包括銅盤、導磁盤、主動軸以及連接板；從動軸包括鋁盤、永磁體。當電機啟動，主動軸帶著銅盤高速旋轉，切割永磁體產生的磁感線，在銅盤表面形成渦電流，從而形成感應磁場。感應磁場與永磁體形成的原磁場相互作用實現轉矩的傳遞。

二、仿真模型的建立

圖1為仿真模型基本結構。耦合器的結構為對稱結構，因此在仿真分析時對單面結構進行分析即可達到相關性能參數的分析要求。

圖1 永磁耦合聯軸器的仿真模型

三、磁耦合器外形尺寸

基于電機的內徑75mm，聯軸器內徑為以100mm進行仿真分析。為直觀分析磁耦合器中外形尺寸的變化規律，取聯軸器的徑向有效尺寸(即聯軸器的外徑減去內徑得到的尺寸)為橫坐標，得到其外形尺寸對轉矩和軸向力曲線如圖2所示。

圖2 試驗實體圖

由圖8可知，磁耦合器外形尺寸增加，轉矩也增加。其外形尺寸對整體結構與轉矩都有較大影響。在滿足安裝空間、剛度、轉矩、軸向力的前提下聯軸器的外形尺寸可以適當大一些。

四、銅盤厚度

通過仿真，轉矩和軸向力隨著厚度的變化趨勢，如圖3所示。

圖3 試驗值與仿真值對比分析圖

由圖3可知，隨著銅盤厚度的增加，轉矩先增加后減小，這是因為當銅盤達到一定厚度后，銅盤厚度增加，相當于增加銅盤渦電流橫截面積，其對應的阻渦電流增加，感應磁場也增大，因此轉矩增加。持續增加會由于集膚效應，電阻值不再減小，但增加了永磁體與導磁體之間的厚度，漏磁也增加。因此在滿足正常工作所需輸出轉矩的前提下，對應的銅盤的厚度可在4～6mm之間選取。

四、結論

對于90kw的磁耦合器銅盤厚度的可在4～6mm范圍內選取。在滿足安裝空間、剛度、轉矩、軸向力的前提下聯軸器的外形尺寸可以適當大一些。