永磁耦合器設計之磁鐵材質對力的影響研究

摘 要：介紹了永磁耦合器的工作原理、優越性。重點研究了磁鐵材質對力的影響。在同等條件下，不同材質的永磁耦合器磁鐵，會在永磁鐵和銅轉子之間產生不同大小的力。為了深入研究不同材質對力的影響，通過運用三維有限元仿真軟件，建立三維瞬態模型，設置不同材料參數，計算分析材質對力的影響，可為進一步優化永磁耦合器的設計提供參考。

關鍵詞：永磁耦合器;磁鐵材質;力;有限元

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.140

1 前言

傳統式，負載與電機是由機械連接的，永磁耦合器是將機械連接移除，換上銅轉子連接在電機上，永磁轉子連接在負載上，銅轉子和永磁轉子之間有氣隙，完全沒有機械連接，通過氣隙的調整達到所需的扭矩傳遞和速度傳遞的要求，扭矩通過氣隙傳遞減小了沖擊和震動，延長了傳動系統零部件的壽命，節能效果顯著。國內磁力傳動技術發展及應用滯后國外，且研究磁力傳動技術與機構較少。2008年吉林大學對磁力耦合器進行了跟蹤研究，對渦流損耗進行了分析，此外哈爾冰工業大學、東南大學等國內高校對磁力耦合器的性能進行了研究。2012年11月，國家發改委在嚴格審查了永磁耦合傳動技術后，建議更名為“永磁渦流柔性傳動節能技術”，推薦為《國家重點節能技術推廣目錄（第五批）》。據了解，相比傳統的傳動設備，“永磁渦流柔性傳動技術”單臺節電率達30%。預計到2015年，將會有45億人民幣的市場容量。

2 研究內容

可調速的盤式永磁耦合器結構見圖1。永磁耦合器尺寸大小、磁極子的數目、氣隙大小以及材料的不同等均直接影響其工作性能，同時也是設計永磁耦合器的理論依據。本論文重點研究永磁耦合器磁鐵材質對力的影響。

圖1位永磁耦合器的驅動機械結構，有銅盤、永磁鐵和永磁鐵托盤組成，其中銅盤也可以為永磁鐵。當轉子帶動永磁鐵盤進行旋轉，永磁鐵轉動在銅盤內產生渦流形成的磁場與永磁鐵的磁場相反，因此當轉子轉動推動銅盤旋轉，銅盤帶動定子進行旋轉。

3 計算結果分析

對圖1結構進行有限元建模，計算永磁耦合器取不同磁鐵型號的情況下扭矩的變換情況。 本次計算設定氣隙間距為2mm，永磁鐵的型號為N38SH、N42SH、N45SH，其磁鐵的剩余強度分別為1.22T、1.25T、1.29T，磁極為16個。對模型進行時域求解，結果見圖2和圖3。

從圖2可以看出耦合器產生的扭矩在時間上呈現正弦震蕩，在一定時刻情況下扭矩趨于穩定，同時可以看出震蕩周期與磁鐵的型號沒有關系，只與其振幅有關，磁鐵的剩余磁通越大其耦合器產生的扭矩越大，剩余磁通量越小產生的扭矩越小。

將三種磁鐵的磁通剩余強度與平穩扭矩繪制成圖3，可以看出隨著磁鐵的剩余強度變大，其耦合器產生的平穩扭矩越大，且成線性關系。

4 總結

本文對永磁耦合器的進行有限元建模，計算分析耦合器的在其它情況一定下，永磁鐵材質與耦合器扭矩之間的關系，得出永磁鐵的剩余磁通量越大，耦合器的扭矩越大，且成線性關系，計算結果可為盤式永磁耦合器的設計提供數據支撐。

參考文獻：

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[3]張文娟，汪廣.盤式永磁耦合器轉矩特性分析與有限元仿真[J].微電機，2017（06）.

作者簡介：王昭（1985-），女，陜西乾縣人，工學碩士，講師，研究方向：電磁計算。