大功率磁耦合器結構參數仿真分析

(鄭州大學機械工程學院 河南 鄭州 450001)

一、結構與工作原理

磁耦合器由導體轉子和永磁體轉子組成，其中導體轉子包括：主動導磁盤和銅盤，永磁體轉子包括從動導磁盤、鋁盤、永磁體。基本結構如圖1所示。工作原理：電機啟動，帶著主動軸高速旋轉，連接著的銅盤因切割永磁體所產生的磁感線，在銅盤表面形成等效渦電流，渦電流會產生反感磁場，反感磁場與原磁場相互作用實現轉矩的傳遞，帶動從動軸轉動，實現轉矩速的傳遞。

1.主動軸 2.法蘭 3.導磁盤 4.導體盤 5.連接板 6.固定塊 7.負載軸 8.傳動銷軸 9.導磁盤 10.永磁體 11.鋁盤

圖1磁耦合器的基本結構

二、仿真模型的建立與研究

磁耦合器是左右對稱的結構，仿真分析時可取單進行分析，轉矩只需達到一半即可。仿真的基本參數為：永磁體數量為12塊，氣隙大小為2mm，鋁盤厚度為16mm。下面對影響磁耦合器的主要參數進行分析。

三、轉速差

轉速差直接影響著傳遞的效率。通過仿真得到不同功率輸出轉矩隨著相對轉速變化的曲線如圖2所示。

圖2 轉速差與轉矩的對應關系

由圖2可知，隨著相對轉速的增加，轉矩呈現先上升后下降的趨勢。這是由于相對轉速和轉矩成正比，隨著相對轉速增加，轉矩亦增加。當轉矩達到峰值，增加相對轉速，銅盤的渦流損耗也增加，因此相對轉速達到峰值后，持續增加相對轉速轉矩會減小。因此在滿足正常工作所需輸出轉矩的前提下，相對轉速均可在80～100r/min范圍內選取。

四、永磁體的厚度

在保證其他參數不變的情況下，改變磁耦合器的永磁體的厚度，得到永磁體厚度與轉矩的變化曲線如圖3所示。

圖3 轉矩與永磁體厚度的關系

由圖3可知，轉矩與永磁體厚度成正比關系。原因是永磁體的厚度增加，永磁體所產生的磁電動勢變大，氣隙磁密度變大，傳遞的轉矩就變大。隨著永磁體厚度持續增加，磁阻也相應增加，當厚度增大到一定值后，磁阻的增加抵消了磁電動勢的增加。不同曲線變化趨勢大致相同下，不同功率永磁體厚度均可在17～22mm范圍內選取。

五、結論

磁耦合器轉速差在80～100r/min范圍內選取時，能滿足輸出轉矩的要求。永磁體的厚度直接影響著轉矩與軸向力，并且直接關系成本，由仿真分析可得，磁耦合器的永磁體厚度可在18～24mm范圍內選取。