永磁耦合器设计之磁铁材质对力的影响研究

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　　摘 要：介绍了永磁耦合器的工作原理、优越性。重点研究了磁铁材质对力的影响。在同等条件下，不同材质的永磁耦合器磁铁，会在永磁铁和铜转子之间产生不同大小的力。为了深入研究不同材质对力的影响，通过运用三维有限元仿真软件，建立三维瞬态模型，设置不同材料参数，计算分析材质对力的影响，可为进一步优化永磁耦合器的设计提供参考。
　　关键词：永磁耦合器;磁铁材质;力;有限元
　　DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.140
　　1 前言
　　 传统式，负载与电机是由机械连接的，永磁耦合器是將机械连接移除，换上铜转子连接在电机上，永磁转子连接在负载上，铜转子和永磁转子之间有气隙，完全没有机械连接，通过气隙的调整达到所需的扭矩传递和速度传递的要求，扭矩通过气隙传递减小了冲击和震动，延长了传动系统零部件的寿命，节能效果显著。国内磁力传动技术发展及应用滞后国外，且研究磁力传动技术与机构较少。2008年吉林大学对磁力耦合器进行了跟踪研究，对涡流损耗进行了分析，此外哈尔冰工业大学、东南大学等国内高校对磁力耦合器的性能进行了研究。2012年11月，国家发改委在严格审查了永磁耦合传动技术后，建议更名为“永磁涡流柔性传动节能技术”，推荐为《国家重点节能技术推广目录（第五批）》。据了解，相比传统的传动设备，“永磁涡流柔性传动技术”单台节电率达30%。预计到2015年，将会有45亿人民币的市场容量。
　　2 研究内容
　　 可调速的盘式永磁耦合器结构见图1。永磁耦合器尺寸大小、磁极子的数目、气隙大小以及材料的不同等均直接影响其工作性能，同时也是设计永磁耦合器的理论依据。本论文重点研究永磁耦合器磁铁材质对力的影响。
　　 图1位永磁耦合器的驱动机械结构，有铜盘、永磁铁和永磁铁托盘组成，其中铜盘也可以为永磁铁。当转子带动永磁铁盘进行旋转，永磁铁转动在铜盘内产生涡流形成的磁场与永磁铁的磁场相反，因此当转子转动推动铜盘旋转，铜盘带动定子进行旋转。
　　3 计算结果分析
　　 对图1结构进行有限元建模，计算永磁耦合器取不同磁铁型号的情况下扭矩的变换情况。 本次计算设定气隙间距为2mm，永磁铁的型号为N38SH、N42SH、N45SH，其磁铁的剩余强度分别为1.22T、1.25T、1.29T，磁极为16个。对模型进行时域求解，结果见图2和图3。
　　 从图2可以看出耦合器产生的扭矩在时间上呈现正弦震荡，在一定时刻情况下扭矩趋于稳定，同时可以看出震荡周期与磁铁的型号没有关系，只与其振幅有关，磁铁的剩余磁通越大其耦合器产生的扭矩越大，剩余磁通量越小产生的扭矩越小。
　　 将三种磁铁的磁通剩余强度与平稳扭矩绘制成图3，可以看出随着磁铁的剩余强度变大，其耦合器产生的平稳扭矩越大，且成线性关系。
　　4 总结
　　 本文对永磁耦合器的进行有限元建模，计算分析耦合器的在其它情况一定下，永磁铁材质与耦合器扭矩之间的关系，得出永磁铁的剩余磁通量越大，耦合器的扭矩越大，且成线性关系，计算结果可为盘式永磁耦合器的设计提供数据支撑。
　　参考文献：
　　[1]方军，陶红艳.盘式涡流永磁耦合器磁场分析[J].重庆理工大学学报，2016（03）.
　　[2]张泽东，宁杰.永磁耦合器的有限元计算分析[J].
　　[3]张文娟，汪广.盘式永磁耦合器转矩特性分析与有限元仿真[J].微电机，2017（06）.
　　作者简介：王昭（1985-），女，陕西乾县人，工学硕士，讲师，研究方向：电磁计算。
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