平盘式永磁涡流调速器的磁路优化与性能研究

摘要

永磁涡流调速器作为一种旋转设备，尤其是平盘式结构，因其独特的调速机理，在化工、石油、制药等工业中得到普遍应用。本论文所研究的平盘式永磁涡流调速器不仅因其具有软启动、软停止、对中精度不高等优势，而且可以实现原动机与负载之间的无接触式连接，通过改变气隙大小来调节转速进而控制设备的输出扭矩，达到增效节能的效果，使得它的应用前景十分广阔。《国家重点节能技术推广目录》（第五批）已明确批准多行业节能设备的优化改进提案，要大力发展节能设备。因此，对永磁涡流调速器的传递性能有着必要性的研究。
　　本文中采用的磁路是在组合推拉式磁路基础上加以改进演化，利用有限元电磁分析软件Ansoft进行建模仿真。研究了永磁涡流调速器输出扭矩、效率、轴向力与转速差的关系得到:随着转速差的减小，输出扭矩先增大后又减小，效率逐渐增大，轴向力由斥力渐变为引力。详细讨论了永磁涡流调速器各个结构参数对扭矩及轴向力的影响，得到气隙厚度越小，扭矩越大，轴向力也增大，实际应用中应根据要求合理安排气隙大小;永磁体厚度及铜盘厚度都会存在着一个极值，如永磁体厚度为10mm、铜盘厚度为2mm;永磁体采用的是扇形体，当对应的弦长与厚度比例为3-4时，此时输出扭矩会达到最大;在磁通量保持不变的情况下，永磁体极数在一定的结构基础上存在最优极数，基于本论文可在实际工程中选用6-10极。
　　同时，利用Ansoft软件探究了永磁涡流调速器在特殊工况下的扭矩情况。在平行错位不对中工况下，在永磁体盘未超出铜盘边缘时即b≤4mm，扭矩几乎不发生变化;在偏转错位不对中工况下，永磁涡流调速器的扭矩会有所增大，在误差允许下，最大偏转角度为2°。通过功耗的分析得出:永磁涡流调速器的输出功与输入功的差功恰好等于模拟得出的铜耗;气隙中径处磁密近似按正弦曲线分布;利用workbench软件对永磁涡流调速器的温度场做了模拟，得出不同部件的温升情况:铜盘作为发热源，其温度值是最高的;从永磁体的温度分布看，永磁体的温度在安全工作温度范围内，不会发生退磁现象。

目录

声明

摘要

1．1 选题背景和依据

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 国内外应用案例

1．3．1 永磁调速器的商业进展

1．3．2 永磁调速器的具体案例

1．4 三种调速方式的比较

1．5 永磁涡流调速器现存在的问题

1．6 本文要研究的内容

第2章 永磁涡流调速器结构分析及有限元

2．1 永磁涡流调速器的结构分析

2．1．1 永磁涡流调速器分类及结构

2．1．2 永磁涡流调速器的工作原理

2．1．3 永磁涡流调速器的特点

2．2 永磁涡流调速器电磁场理论基础

2．2．1 麦克斯韦方程

2．2．2 边界条件

2．3 有限元及Ansoft有限元软件介绍

2．3．1 有限元法

2．3．2 Ansoft仿真软件介绍

2．3．3 有限元分析步骤及假设条件

2．4 本章小结

第3章 永磁涡流调速器的结构参数优化

3．1 气隙厚度参数对转动特性的影响

3．1．1 气隙厚度对扭矩的影响

3．1．2 气隙厚度对效率的影响

3．1．3 气隙厚度对轴向力的影响

3．2 铜盘厚度对传动特性的影响

3．2．1 铜盘厚度对扭矩的影响

3．2．2 铜盘厚度对轴向力的影响

3．3 永磁体厚度对传动特性的影响

3．3．1 永磁体厚度对扭矩的影响

3．3．2 永磁体厚度对轴向力的影响

3．4 扼铁盘厚度对传递扭矩的影响

3．5 永磁体尺寸比例对传动特性的影响

3．6 本章小结

第4章 永磁涡流调速器偏心工况及特性分析

4．1 永磁涡流调速器偏心工况下的分析

4．1．1 偏转错位不对中工况下的分析

4．1．2 平行错位不对中工况下的分析

4．2 永磁涡流调速器的损耗分析

4．2．1 结构参数对铜耗的影响

4．2．2 功耗分析

4．2．3 涡流磁密的分析

4．3 永磁涡流调速器的功率分析

4．4 温度场的分析

4．4．1 发热源的确定

4．4．2 热传导系数确定

4．4．3 散热系数的确定

4．4．4 分析结果显示

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文及专利