套筒式永磁涡流调速器结构与性能分析

摘要

近年来，永磁涡流传动技术越来越受到人们的关注，它以节能，环保，空载启动，过载保护等优点被广泛应用于石油化工，火力发电，煤炭开采等工业领域。本文研究的套筒式永磁涡流调速器是永磁涡流传动技术的一种应用，除继承永磁涡流传动技术的优点之外，本身结构也具有漏磁小、无轴向力等优点。本文主要围绕套筒式永磁涡流调速器的结构原理，气隙磁场分析，有限元模拟，调速器三维温度场分析几方面内容展开讨论的。
　　首先，本文基于对永磁涡流传动技术的国内外发展现状进行了研究，了解该项技术的发展方向，通过与其他调速器作对比分析可知，永磁涡流调速器在工业生产领域有很大的技术优势，尤其是针对偏心、有振动的工作环境更为适用。之后，介绍了套筒式永磁涡流调速器的结构原理，重点对永磁材料的选择和磁路的优化做了详细的描述。确定结构和材料之后用Ansoft软件对二维和三维模型进行有限元模拟分析，得到磁感线和磁感应强度的分布图。
　　其次，利用解析法和有限元模拟法两种方法对调速器进行分析，并将这两种分析结果作对比，验证分析的合理性。解析法主要是利用电磁学的理论知识对调速器的气隙磁感强度进行公式推导，将推导出来的表达式用Matlab软件进行离散化求解，得到气隙磁感强度在径向和周向的分布。有限元模拟法是利用Ansoft软件对调速器在不同参数下进行分析计算，通过计算平均转矩和平均磁密随参数变化的趋势图，将这一结果与解析法中Matlab离散化结果做对比，验证分析的合理性。之后，根据转矩和平均磁密随参数变化的趋势图找出这些参数的最优点或最优范围，这些参数主要包括气隙厚度、转速差、铜环厚度、永磁体级数、永磁体的大小等。
　　最后，对永磁涡流调速器整体进行温度场分析，通过温度场分析可以看出各个部分的温度分布情况，尤其是永磁体，因为铷铁硼永磁材料的居里温度相对较低，约为150°，如果温度接近或者高于居里温度，永磁体的磁性会急剧下降，甚至会使传动失效。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题选择的背景和意义

1．2 几种调速器的比较

1．3 永磁涡流调速特征

1．4 国外研究现状

1．5 国内研究现状

1．6 永磁涡流调速技术的应用领域

1．7 相关学术分析

1．8 本课题研究的主要内容、主要方法以及要实现的目标

第2章 永磁涡流调速器结构分析及原理介绍

2．1 永磁涡流调速器结构分析

2．1．1 永磁磁力传动技术分类

2．1．2 永磁涡流调速器的类型与原理

2．1．3 永磁材料的选择

2．1．4 磁体排布和磁路排布

2．2 软件介绍以及计算原理

2．2．1 软件介绍

2．2．2 计算原理

2．2．3 二维有限元分析

2．2．4 三维有限元分析

2．3 本章小结

第3章 套筒式永磁涡流调速器气隙磁场分析

3．1 永磁体气隙磁场分析

3．2 涡流产生磁场分析

3．2．1 感应涡流的计算

3．2．2．同环的在气隙产生的磁感应强度计算

3．3 调速器气隙磁场的离散化求解

3．3．1 气隙任一点磁感应强度径向分量

3．3．2 气隙任一点磁感应强度周向分量

3．4 本章小结

第4章 结构参数优化和偏心问题分析

4．1 结构参数优化

4．1．1 气隙厚度改变对传动性能的影响

4．1．2 铜环厚度的影响

4．1．3 转速差对转矩的影响

4．1．4 永磁体大小对输出转矩的影响

4．1．5 磁体级数对输出转矩的影响

4．1．6 不同耦合面积对传动性能的影响

4．2 套筒式永磁涡流调速器的偏心问题

4．2．1 偏心时气隙后的计算

4．2．2 偏心对调速器的气隙磁场影响有限元分析

4．3 本章小结

第5章 永磁调速器涡流损耗和温度场分析

5．1 永磁调速器涡流的理论分析

5．1．1 涡流的来源以及影响

5．1．2 涡流损失功率的计算

5．1．3 涡流损失的影响因素

5．1．4 涡流损耗分析

5．1．5 套筒式永磁涡流调速器的效率分析

5．2 永磁涡流调速器的三维温度场分析

5．2．1 温度场理论基础

5．2．2 温度场分析中的参数的确定

5．2．3 三维温度场分析

5．2．4 几种转速差下的温度场分布

5．2．5 各组成结构的温度分布

5．3 本章小结

6．1 结论

6．2 前景与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文及专利