盘式调速异步磁力耦合器的结构参数与性能研究

摘要

盘式调速异步磁力耦合器是基于电磁感应原理，在盘式异步磁力耦合器的基础上加入调速装置而实现调速功能的新型磁力耦合器。作为一种新的调速技术，盘式调速异步磁力耦合器不仅具有异步磁力耦合器所具有的转矩无接触传递、隔振、过载保护、适应恶劣环境等众多优点，而且具有调速功能，能够实现重载下电机的轻载启动及风机、泵类负载的节能。本文基于盘式调速异步磁力耦合器的结构特点及工作原理，对其传动性能及调速性能进行了以下几个方面的研究:
　　(1)基于矢量磁位法建立了复合盘式调速异步磁力耦合器的二维数学模型，通过建立磁力耦合器各求解区域的方程，并利用边界条件求得各区域的矢量磁位，从而得到磁力耦合器气隙区域的磁感应强度，并利用Matlab软件对轴向气隙磁感应强度进行了解析计算。利用MagNet有限元仿真软件对无导体转子时的静态气隙磁场、有导体转子时的静态与瞬态气隙磁场进行了数值模拟，结果表明，解析计算结果与模拟结果具有较好的一致性。
　　(2)利用MagNet有限元仿真软件对磁力耦合器的传动性能进行模拟分析，分析了气隙厚度、齿槽比、槽数、极弧系数等参数对转矩及轴向力的影响。结果表明:转矩与轴向力随气隙厚度的增大而减小;磁力耦合器外径尺寸一定时，当齿槽比为1/4，内外径比为1.7，极弧系数为0.8或0.9时磁力耦合器具有较高的转矩密度;当保持齿槽比不变时，转矩与轴向力随槽数的增加而增大。
　　(3)对磁力耦合器的机械特性与调速性能进行了研究，确定了磁力耦合器的稳定运行区间，分析了恒定负载及风机、泵类负载的调速原理。利用MagNet有限元软件对磁力耦合器的调速过程进行了模拟，分析了不同负载、输入转速、轴向移动速度对调速过程的影响。通过分析得到输出转速随气隙厚度的增大而减小，实现了调速功能;在相同气隙与负载下，输出转速随输入转速的增大而增大，但转速差基本相同;永磁转子轴向移动速度越小，调速过程中转矩与轴向力的变化越平缓。
　　(4)对磁力耦合器的静态气隙磁场、滑脱点及恒定负载的调速过程进行了实验研究。实验结果表明，无导体转子与有导体转子时的静态气隙磁场轴向分量与有限元模拟结果、解析计算结果有较好的一致性;输入、输出转速随输出转矩的增大而减小;输出转矩与转速差有关，而与输入转速无关;在不同气隙厚度下，磁力耦合器均在转速差为708deg/s左右时发生滑脱;输出转速随气隙厚度的增大而减小;在调速过程中磁力耦合器的输入功率基本不变，输出功率逐渐减小。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 调速技术的分类

1．2．1 液力耦合器调速

1．2．2 变频器调速

1．2．3 调速型异步磁力耦合器调速

1．3 磁力耦合器的研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 主要研究内容

第二章 盘式调速异步磁力耦合器气隙磁场的分析计算

2．1 基本结构

2．2 矢量磁位

2．3 数学模型的建立

2．3．1 基本假设

2．3．2 数学模型的建立

2．4 磁感应强度的解析计算

2．4．1 等效磁导率与等效电导率的计算

2．4．2 求解区域方程的建立

2．4．3 边界条件

2．4．4 磁感应强度的求解

2．5 气隙磁场的解析解

2．5．1 静态气隙磁场

2．5．2 瞬态气隙磁场

2．6 气隙磁场的有限元计算

2．6．1 有限元分析软件MagNet介绍

2．6．2 三维模型的建立

2．6．3 无导体转子时的静态磁场分析

2．6．4 有导体转子时的静态磁场分析

2．6．5 瞬态磁场分析

2．7 本章小结

第三章 盘式调速异步磁力耦合器的传动性能分析

3．1 三维模型的建立

3．2 气隙厚度对传动性能的影响

3．3 导体转子参数对传动性能的影响

3．3．1 齿槽比

3．3．2 槽数

3．3．3 铜导体内外径比

3．4 极弧系数对传动性能的影响

3．5 本章小结

第四章 调速磁力耦合器机械特性与调速性能的研究

4．1 机械特性

4．1．1 输出转矩与滑差率

4．1．2 输出转速与输出转矩

4．2 调速特性

4．2．1 不同气隙下的输出转矩与滑差率

4．2．2 不同气隙下的输出转速与输出转矩

4．3 调速性能的动态模拟

4．3．1 运动的设置

4．3．2 不同负载对调速过程的影响

4．3．3 不同输入转速对调速过程的影响

4．3．4 不同轴向移动速度对调速过程的影响

4．4 本章小结

第五章 盘式调速异步磁力耦合器的实验研究

5．1 实验设备及实验方案

5．1．1 实验设备

5．1．2 实验方案

5．2 磁场测量结果及分析

5．2．1 无导体转子时的静态磁场分布

5．2．2 有导体转子时的静态磁场分布

5．3 传动性能测试结果与分析

5．3．1 滑脱点的测量

5．3．2 调速性能的测试

5．4 本章小结

第六章 论文总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参与课题研究