一种新型永磁涡流联轴器的设计理论与实验研究

摘要

联轴器作为机械传动系统中的一种重要部件，一直广泛应用在工业领域的各个角落。随着永磁体材料技术的不断发展，磁力联轴器以其非接触式传动、软启动、无污染、低噪音等性能特点正慢慢广泛应用到矿山机械、风力、石油化工等行业中，磁力联轴器正已经逐渐成为联轴器发展的一个重要的分支。
　　本文结合鼠笼异步电机以及一般磁力联轴器的结构特点，将异步电机双笼内转子结构应用到磁力联轴器中，从而得到一种双笼式永磁涡流联轴器结构，该联轴器不仅可以避免普通永磁联轴器在高温环境下会出现退磁问题，而且由于其结构特点可应用于启动频繁启动性能要求较高的工作场合。
　　本文首先结合一般磁力联轴器以及双笼异步电机的结构特点对双笼式永磁涡流联轴器进行总体结构方案设计，其次运用等效磁路法和能量流动关系给出了电磁转矩理论计算公式，运用Maxwell软件对三种不同内转子槽型的联轴器进行仿真分析，结合理论公式和分析结果得出了双笼式永磁涡流联轴器的性能特点，并分析各结构参数对联轴器传递性能的影响情况，再依据传热学基本原理依托Workbench平台研究联轴器工作状态下的温升分布，证明了外转子永磁体温度在允许工作范围之内，最后搭建实验平台，通过对实验样机测试验证了文中有限元分析方法具有良好的可行性和准确性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 磁力联轴器国内外研究状况

1．3 磁力联轴器的种类和特点

1．3．1 永磁同步式磁力联轴器

1．3．2 永磁涡流式磁力联轴器

1．4 课题的研究背景和意义

1．5 本文研究内容

第二章 双笼式永磁涡流联轴器结构及材料设计

2．1 双笼式永磁涡流联轴器总体结构方案

2．2 外磁转子材料选择、工作点及其排布方式

2．2．1 永磁材料的选择

2．2．2 磁体磁化方向及磁体排布方式

2．2．3 永磁体尺寸及最佳工作点

2．3 内转子结构设计

2．3．1 内转子整体尺寸设计

2．3．2 内转子槽数

2．3．3 内转子槽形

2．4 软磁材料的选择

2．5 本章小结

第三章 双笼式永磁涡流联轴器电磁场理论分析

3．1 电磁场分析理论

3．1．1 等效磁路结构

3．1．2 永磁体气隙磁场分析

3．2 内转子等效电路分析

3．3 永磁涡流联轴器电磁转矩分析

3．4 电流集肤效应分析

3．5 本章小结

第四章 双笼式永磁涡流联轴器电磁场有限元分析

4．1 电磁场有限元分析原理

4．1．1 电磁场分析基本方程及有限元分析方法

4．1．2 磁力联轴器有限元数学模型

4．2 双笼式永磁涡流联轴器性能仿真分析

4．2．1 永磁涡流联轴器的运行特性分析

4．2．2 永磁涡流联轴器启动转矩特性分析

4．2．3 最大转矩特性分析

4．2．4 涡流损耗分析

4．3 双笼式永磁涡流联轴器各参数对传递转矩的影响

4．3．1 内转子槽数对转矩的影响

4．3．2 永磁体磁极对数对转矩的影响

4．3．3 永磁体厚度对转矩的影响

4．3．4 气隙厚度对转矩的影响

4．3．5 转子铁芯内径对转矩的影响

4．3．6 转子槽口对齿槽转矩的影响

4．3．7 上下笼间距对联轴器传递性能的影响

4．3．8 上下笼面积比对联轴器性能的影响

4．4 本章小结

第五章 双笼式永磁涡流联轴器温度场有限元分析

5．1 热分析方法

5．2 温度场基本理论

5．2．1 导热基本定律

5．2．2 导热微分方程

5．3 温度场有限元分析

5．3．1 热源的确定

5．3．2 导热系数

5．3．3 对流传热系数

5．3．4 三维温度场有限元分析

5．4 本章小结

第六章 实验验证

6．1 实验台的设计与搭建

6．2 实验样机设计

6．3 实验测试及结果分析

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况