磁力耦合传动系统设计的分析探讨
基于试验的磁力耦合调速器传动特性分析
第17卷第24期2017年8月 1671 —1815 (2017)024-0055-06科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol. 17 No. 24 Aug. 2017©2017 Sci. Tech. Engrg.基于试验的磁力耦合调速器传动特性分析程刚1>2郭永存1曹亚南2王爽1(安徽理工大学机械工程学院1,淮南232001;中国科学院安徽光学精密机械研究所2,合肥230031)摘要以45 kW双盘异步式永磁涡流传动调速器为研究对象，建立了永磁涡流传动调速器机械能与磁能之间的能量平衡方程。
结合虚拟仪器技术，设计并搭建了磁力耦合调速器性能测试综合试验平台，着重对永磁涡流传动调速器的调速特性、机械特性和温度特性进行了试验测试与研究分析。
结果表明，永磁涡流传动调速器在拖动电机转速一定条件下，恒负载情况时，负载输出转速与气隙距离之间近似呈二次函数关系；且在不同的负载条件下，永磁涡流传动调速器有不同气隙距离下的调速特性；气隙距离恒定时，负载大小与负载输出转速近似呈线性关系，机械特性偏“软”；永磁涡流传动的拖动电机输出转速、负载和气隙距离恒运行情况下，永磁盘、散热片及中部连接轴承温度最终处在很小的范围内波动，呈现稳定状态。
试验与分析结果可对进一步研究磁力耦合调速器的工况使用及优化设计提供指导与参考依据。
关键词永磁涡流 传动 调速器 试验中图法分类号TH133; 文献标志码B磁力耦合传动是目前兴起的一门传动技术，其 技术逐渐从国外引人国内。
20世纪30年代，磁力 传动技术就被提出，1993年，美国Magna Force公司 提出永磁调速技术;2005年，美国海军舰船驱动消 防泵上应用永磁親合器;2008年，美国Magna Drive 公司将永磁耦合传动技术引人到中国[1];2012年，国家发展和改革委员会将“永磁涡流柔性传动节能 技术”列为《国家重点节能技术推广目录（第五 批）》;2014年，国家工业和信息化部将“永磁涡流柔 性传动节能技术”列人《国家重点推广的电机节能 先进技术目录（第一批）》;2016年，国家发展和改革 委员会将“永磁涡流柔性传动节能技术”列人《国家 重点节能低碳技术推广目录》。
齿轮传动轴的磁力耦合与磁传动技术研究
齿轮传动轴的磁力耦合与磁传动技术研究磁力耦合与磁传动技术是一种利用磁性材料相互作用的传动方式，其在齿轮传动轴上的应用具有许多优势。
本文将探讨齿轮传动轴的磁力耦合与磁传动技术的研究，分析其原理与应用，以及当前的发展情况和未来可能的趋势。
首先，我们来了解磁力耦合与磁传动技术的原理。
磁力耦合通过磁性材料的相互作用来传递动力。
在齿轮传动轴上，通过加装磁性材料，可以实现轴之间的磁性耦合，从而实现传递动力。
与传统的机械传动方式相比，磁力耦合与磁传动技术具有无接触、无摩擦、无磨损等优势。
同时，由于磁性材料的特性，磁力耦合与磁传动技术在高温、高速等恶劣工况下仍能有效运行。
其次，我们来探讨齿轮传动轴的磁力耦合与磁传动技术的应用。
磁力耦合与磁传动技术在齿轮传动轴上的应用主要体现在以下几个方面。
首先，磁力耦合与磁传动技术可以解决长距离传动中的问题。
在传统的齿轮传动中，由于齿轮之间的接触，传动效率会逐渐下降，特别是在长距离传动中。
而磁力耦合与磁传动技术通过无接触的方式传递动力，能够有效解决这个问题，提高传动效率。
其次，磁力耦合与磁传动技术可以减少传动系统的噪音。
在传统的机械传动中，齿轮之间的接触和运动会产生噪音，而磁力耦合与磁传动技术不需要物理接触，因此能够减少传动系统的噪音，提供更加安静的工作环境。
第三，磁力耦合与磁传动技术可以提高传动系统的可靠性。
在传统齿轮传动中，由于齿轮之间的摩擦和磨损，传动系统的可靠性较低。
而磁力耦合与磁传动技术不需要物理接触，减少了传动系统的磨损，因此能够提高传动系统的可靠性和寿命。
此外，磁力耦合与磁传动技术还可以应用于一些特殊环境下，例如在有爆炸危险的场所，磁力耦合与磁传动技术可以避免火花的产生，提高安全性；在液体或气体环境中，磁力耦合与磁传动技术可以实现无泄漏的传动。
目前，齿轮传动轴的磁力耦合与磁传动技术在工业领域已经得到了广泛的应用。
尤其是在一些特殊领域，如航空、航天、核能等，磁力耦合与磁传动技术的应用正在逐渐增加。
磁力耦合在电力传输中的应用研究
磁力耦合在电力传输中的应用研究1. 引言电力传输是现代社会不可或缺的一部分。
传统的电力传输方式主要依靠金属导线来进行传输，但这种方式存在一些问题，例如输电损耗、电线维护成本高等。
为了解决这些问题，磁力耦合作为一种新的电力传输技术被广泛研究和应用。
本文将对磁力耦合在电力传输中的应用进行研究和探讨。
2. 磁力耦合的基本原理磁力耦合是基于磁场之间的相互作用原理。
其基本原理是通过磁场相互作用来实现能量的传输。
在磁力耦合系统中，通常由两个磁性元件组成：一个是主磁体，通常由铁芯和线圈构成；另一个是从磁体，通常由线圈构成。
主磁体通过电流激励而产生磁场，从磁体通过感应耦合而与主磁体产生相应的磁场。
通过磁场的作用，能量可以从主磁体传输到从磁体上。
3. 磁力耦合在无线能量传输中的应用无线能量传输是磁力耦合的一个主要应用领域。
传统的电力传输方式主要依靠金属导线，但在某些特殊情况下，无线能量传输更为方便和可行。
通过磁力耦合，能量可以通过空气或其他介质中的磁场相互作用而传输。
无线能量传输不仅可以用于家庭和工业电力传输，还可以用于一些特殊场景，如医疗设备的供电、无人机的能源补给等。
磁力耦合还可以通过调整磁场的强度和方向来实现能量的传输调控，从而适应不同的应用场景。
4. 磁力耦合在电动车充电中的应用电动车充电是一个备受关注的领域，传统的电动车充电方式主要依靠有线连接。
然而，有线连接存在一些问题，如充电时间长、充电效率低等。
磁力耦合可以通过无线能量传输技术，实现电动车的无线充电。
这种方式可以提高充电效率，减少充电时间，同时也可以提高安全性和使用便捷性。
磁力耦合的无线充电系统由主磁体、从磁体和功率调节器组成。
主磁体产生的磁场能够穿透汽车底盘，并传输能量到从磁体上。
通过功率调节器的控制，可以实现充电功率的调整和控制。
5. 磁力耦合在工业应用中的研究进展除了无线能量传输和电动车充电外，磁力耦合还在工业应用领域有广泛的研究进展。
例如，在工业机器人领域，磁力耦合可以实现对机器人进行供电和数据传输，提高机器人的灵活性和工作效率。
磁力耦合传动原理
磁力耦合传动原理磁力耦合传动系统主要由两个磁体组成，分别是驱动磁体和被驱动磁体。
驱动磁体通常由电动机驱动，被驱动磁体则与传动设备（如泵、风机等）相连。
驱动磁体和被驱动磁体之间通过空气隔开，形成一个“非接触式传动”模式。
磁力耦合传动的关键部件是驱动磁体和被驱动磁体之间的磁回路。
驱动磁体一般由铁芯和线圈组成，线圈通电时会产生磁场。
被驱动磁体通常由永磁体组成，产生恒定的磁场。
当驱动磁体通电时，线圈的磁场会穿越空气，使被驱动磁体中的永磁体受到磁力作用。
由于磁力是一个短程作用力，因此驱动磁体的磁场只能穿透一定的距离。
驱动磁体的磁场通过空气传递给被驱动磁体，并在被驱动磁体中引起磁力。
这个磁力会通过磁场的作用传递给被驱动设备，从而实现动力和扭矩的传递。
由于驱动磁体和被驱动磁体之间没有机械接触，所以能够实现无摩擦传动，避免了传统机械传动中由于摩擦产生的能量损失和磨损问题。
磁力耦合传动的特点是传递效率高、噪音低、寿命长、可靠性高。
磁力耦合传动不需要润滑油，不会产生润滑油泄漏的问题，适用于一些特殊环境下的传动，如化工行业。
此外，由于磁力耦合传动没有机械接触，因此可以在高温、高湿和腐蚀等恶劣环境下使用，具有很高的适应性。
但是，磁力耦合传动也存在一些问题。
由于磁场的距离限制，磁力耦合传动在传递距离和传递能力上有一定的限制。
另外，由于磁力的作用是一个短程力，因此驱动磁体和被驱动磁体之间的磁场传递效率有一定的衰减。
同时，由于磁力耦合传动需要电磁线圈和永磁体，所以在系统设计和维护上需要考虑电气和磁性方面的问题。
总之，磁力耦合传动是一种利用磁场相互作用来传递动力和扭矩的传动方式。
它具有传递效率高、噪音低、寿命长、可靠性高等优点，适用于一些特殊环境下的传动需求。
然而，由于磁力的距离限制和传递效率衰减等问题，磁力耦合传动在应用时需要综合考虑各种因素。
磁力耦合 传动 原理
磁力耦合传动原理Magna Drive 磁力耦合器美国Magna Drive 磁力耦合驱动技术在1999年获得了突破性的进展。
该驱动方式解决了旋转负载系统的轴心对中、软启动、减振、调速、及过载保护等问题，并且使磁力驱动的传动效率大大提高，可达到98.5%.该技术现已在各行各业获得了广泛的应用并且对传统的传动技术带来了崭新的概念，在传动领域引起一场新的革命。
美国海军经过两年多的验证，在2004年3月，该产品成功通过了美国海军最严格的9-G抗震试验，美国海军对该技术产品实现了批量采购。
1、涡流式磁力耦合工作原理Magna Drive磁力耦合调速驱动是通过导磁体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的扭矩传输。
该技术实现了电动机和负载侧没有机械联接。
其工作原理是一端稀有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生扭矩，通过调节永磁体和导磁体之间的气隙就可以控制传递的扭矩，从而实现负载速度调节。
Magna Drive磁力耦合调速驱动器主要由铜转子、永磁转子和控制器三部分组成。
铜转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，铜转子和永磁转子之间有间隙（称为气隙）。
这样电动机和负载由原来的机械联接转变为磁联接，通过调节永磁体和导磁体之间的气隙就可实现负载轴上的输出扭矩变化，从而实现负载转速变化。
由上面的分析可以知道，通过调整气隙可以获得可调整的、可控制的、可重复的负载转速。
磁感应是通过磁体和导体之间的相对运动产生。
也就是说，磁力耦合调速驱动器的输出转速始终都比输入转速小，转速差称为滑差。
通常在电动机满转时，Magna Drive ASD(大功率调速型磁力耦合器（ASD）)的滑差在1%--4%之间。
通过Magna Drive ASD输入扭矩总是等于输出扭矩，因此电动机只需要产生负载所需要的扭矩。
Magna Drive ASD传输能量和控制速度的能力不受电动机轴和负载轴之间由于安装未对准原因而产生的小角度或者小偏移的影响，排除了未对准而产生的振动问题。
磁力耦合原理
磁力耦合原理磁力耦合是一种基于磁场相互作用的传动方式，利用磁场能量传递力矩和扭矩，实现机械装置的无接触传输。
磁力耦合器通常由外转子和内转子组成，外转子和内转子之间通过磁场相互作用，实现能量的传递和同步运动。
本文将重点介绍磁力耦合的原理以及在工程应用中的一些典型案例。
磁力耦合器的工作原理可以通过以下几个方面来解释：1. 磁场传递力矩：磁力耦合器的外转子和内转子之间存在磁场，磁场可以传递力矩。
当外转子发生转动时，磁场的变化会导致内转子受到磁场的作用力，并且产生相应的转动。
通过适当设计磁场的强度和方向，可以实现力矩的传递和转换。
2. 磁场传递扭矩：除了传递力矩外，磁力耦合器还可以传递扭矩。
当内转子和外转子之间存在一定的转角时，磁场的作用力可以通过磁矩矩阵的耦合关系，将扭矩传递给内转子。
这种扭矩传递的方式通常在需要隔离两个环境的情况下使用，避免传统的机械联轴器存在的接触和摩擦。
3. 磁耦合的调节：磁力耦合器的传输效果可以通过调节磁场的强度和方向来实现。
磁力的强度可以通过改变外转子和内转子之间的磁场强度来实现，而磁场的方向可以通过改变磁体的组合方式来实现。
通过对磁场的调节，可以实现传输效果的优化和精确控制。
磁力耦合器在工程中有着广泛的应用，以下是几个典型的案例：1. 搅拌机传动系统：搅拌机通常需要在高温、高压的环境下工作，传统的机械传动方式会存在泄漏和损坏的风险。
采用磁力耦合器可以实现传动系统的无接触传输，避免了泄漏和损坏的问题，同时提高了传输效率和可靠性。
2. 泵传动系统：某些特殊工况下，需要泵在不同速度下运行，但传统方式的变速驱动存在难度较大。
采用磁力耦合器可以实现变速驱动，通过调节磁场强度和方向，实现泵的转速调节，提高了工作效率和灵活性。
3. 磨耗敏感装置：一些对摩擦和磨损较为敏感的装置，如离心机、风力发电机等，采用磁力耦合器可以避免机械联轴器的摩擦和磨损问题，延长设备的使用寿命。
总结起来，磁力耦合原理是一种基于磁场相互作用的无接触传动方式，通过磁场传递力矩和扭矩，实现机械装置的无摩擦传输。
鼠笼转子磁力耦合器传动特性的研究
20现代制造技术与装备2017第3期总第244期鼠笼转子磁力耦合器传动特性的研究张俊万宗伟姜浩王雪(大连交通大学，大连116028)摘要：鼠笼转子磁力耦合器可实现机械传动过程中的无接触传动，振动小、无摩擦、效率高，可实现电机 与负载之间的过载保护和软启动。
本文介绍了磁力耦合器的工作原理和应用，分析了转速转矩特性和效率特性。
关键词：磁力耦合器工作原理传动特性引言永磁磁力耦合器具有下列优点。
首先，磁力耦合器在工 作过程中遇到负载突然加大的情况时，主动件和从动件会产 生滑脱，从而结束运动的传递，在保护电机的同时，也有效 避免了从动件的过载破坏[1]。
其次，永磁磁力耦合器可缓 解传动过程中的振动。
由于主动转子和从动转子之间存在 缝隙的柔性连接，因此可以实现机械平稳的运行工作[2]。
1鼠笼转子磁力耦合器鼠笼转子磁力耦合器由外永磁转子和内鼠笼转子两部 分组成。
在外转子上，固定有极性交错排列的永磁体。
动 力源与外转子相连，在旋转时产生旋转磁场。
由于主、从化而变化。
当s=l时，感应电流最大，随着s的减小，笼 条电阻R B就比笼条的漏电抗sX…大得多，笼条漏电抗可忽 略不计。
此时，笼条励磁电流I与s成正比，线性减小。
2.2电磁转矩当永磁外转子旋转，即气隙磁密^旋转一个角度时，此时笼条的感应电势和电流依然保持不变，每根笼条的受 力大小均相同，只是方向不同。
受力的方向与磁极对数和 笼条个数的最大公约数成正比。
最大公约数越大，笼条受 力的方向就越一致。
实际设计中，绝大部分笼条受力的方 向与鼠笼旋转方向相同。
因此，可忽略受力方向不同的笼条。
而每根笼条所受的扭矩为：动转子之间存在转速差，所以旋转的磁场切割鼠笼笼条使 其产生感应电势和感应电流，而电流在磁场中受到力的作 用而产生转矩。
T0=^ = 4s B2s L2r3传动特性分析,/风p一R l+(sXaf(4)2理论计算2.1感应电势和电流转子绕组旋转时所产生的感应电动势^，等于其静止 时的感应电动势E与转差率s之积[3],即转子绕组所产生 的感应电动势与转差率成正比。
机械设计中的电磁机械耦合问题研究
机械设计中的电磁机械耦合问题研究在机械设计中，电磁机械耦合问题是一个重要且具有挑战性的课题。
它涉及到机械与电磁相互作用的过程，对于提高设备的运行效率和性能起着关键的作用。
本文将探讨机械设计中的电磁机械耦合问题，并介绍一些相关的研究进展。
首先，让我们来了解一下什么是电磁机械耦合。
简单来说，它是指机械系统与电磁系统之间相互影响和相互作用的现象。
在许多机械设备中，电磁场的存在会对机械系统产生力和扭矩的作用，从而影响设备的运动和工作性能。
同时，机械系统的运动也会引起电磁场的变化，进而影响电磁系统的性能。
因此，电磁机械耦合问题的研究对于机械设计和电磁场设计都具有重要意义。
在实际的机械设计中，电磁机械耦合问题往往显得更为复杂。
一方面，机械系统的设计需要考虑到电磁场的影响，例如电磁力对机械零部件的稳定性和寿命的影响。
另一方面，电磁系统的设计也需要考虑到机械系统的要求，例如电磁绕组与机械结构的匹配性和相容性。
因此，如何在机械设计中充分考虑电磁因素，以及如何在电磁设计中兼顾机械因素，成为了电磁机械耦合问题研究的重点。
针对电磁机械耦合问题，一些研究者提出了不同的解决方案。
其中之一是通过数值仿真方法来模拟和分析电磁机械耦合的过程。
利用有限元分析方法，可以建立机械系统和电磁场的数学模型，并通过数值计算来解决耦合问题。
这种方法具有灵活性和可靠性，能够帮助工程师更好地了解电磁机械耦合的行为，从而进行优化设计和改进。
另外，一些研究者也利用实验和测试手段来研究电磁机械耦合问题。
通过测量和观察，他们可以直接获得机械系统和电磁系统的耦合特性，并进一步分析和优化设计。
除了数值仿真和实验研究，一些学者还通过理论推导和分析来研究电磁机械耦合问题。
他们基于电磁场和力学原理，从理论上研究了电磁力、电磁矩和机械运动之间的关系，并对耦合效应进行了分析和验证。
这种方法能够揭示机械系统和电磁系统之间的内在联系，为深入理解和解决电磁机械耦合问题提供了理论基础。
磁力耦合传动系统设计的分析探讨
磁力耦合传动系统设计的分析探讨首先，磁力耦合传动系统的设计需要考虑传动效率。
传统的机械传动系统往往会存在能量损耗，而磁力耦合传动系统的能量传递是通过磁场实现的，因此在设计过程中需要考虑如何提高传动效率。
一种常见的方法是采用高效的磁性材料，例如永磁材料，以提高磁力传递效率。
其次，磁力耦合传动系统的设计需要充分考虑安全性。
由于磁力耦合传动系统是通过磁力作用实现传动的，因此在设计过程中需要考虑磁力的稳定性和可控性。
特别是在高速传输或者重载情况下，需要采取相应的措施来保证系统的安全运行，例如添加磁力屏蔽装置或者使用磁力调节器来调整磁力大小。
另外，磁力耦合传动系统的设计还需要考虑传动精度和可靠性。
由于无接触传动，磁力的传递可能受到外部环境的影响，例如温度、湿度或者其他磁场干扰等。
因此，在设计过程中需要通过合理的结构和材料选择来提高传动精度和可靠性。
例如，在关键部位采用高强度的磁性材料，以提高系统的传动精度和可靠性。
此外，磁力耦合传动系统的设计还需要考虑系统的结构和尺寸。
根据不同的应用需求，可以选择不同的结构形式，例如集成式、分离式或者混合式结构。
同时，还需要根据实际应用场景的尺寸限制来确定系统的尺寸。
特别是在有限空间内进行设计时，需要兼顾系统的性能和尺寸，以满足实际应用需求。
最后，磁力耦合传动系统的设计还需要考虑成本和可维护性。
磁力耦合传动系统的材料和制造工艺往往会影响系统的成本。
因此，在设计过程中需要综合考虑成本和性能之间的平衡，以选择最适合的材料和制造工艺。
另外，系统的可维护性也是一个重要的考虑因素。
磁力耦合传动系统的内部结构相对复杂，必须通过可靠的维护和保养来确保其长期稳定运行。
综上所述，磁力耦合传动系统的设计需要综合考虑传动效率、安全性、传动精度和可靠性、结构和尺寸、成本和可维护性等多个因素。
只有在全面考虑这些因素的基础上，才能设计出性能优越、稳定可靠的磁力耦合传动系统，满足不同应用需求。
磁性藕合器的设计与计算
磁力耦合器的设计及应用概要:磁力耦合器也称磁力联轴器、永磁传动装置。
永磁涡流传动装置主要由铜转子、永磁转子和控制器三个部分组成。
一般，铜转子与电机轴连接，永磁转子与工作机的轴连接，铜转子和永磁转子之间有空气间隙（称为气隙），没有传递扭矩的机械连接。
这样，电机和工作机之间形成了软（磁）连接，通过调节气隙来实现工作机轴扭矩、转速的变化。
因气隙调节方式的不同，永磁涡流传动装置分为标准型、延迟型、限矩型、调速型等不同类型。
磁力耦合器在超高真空实验设备—滑动摩擦系数测定实验机上的具体应用和设计；并结合应用扼要介绍了磁力耦合器的工作理、主要功能、磁力传动转矩的计算、磁路的排列形式、结构特点等，以及在制造中需要注意的工艺问题。
随着科学技术的不断进步和发展，对有关物理量测定设备的性能要求越来越高，对测试结果要求更加精确和准确；从而得出的数据更加真实和有效，这极大地促进了科研事业的迅速发展，同时也为工业技术经济的腾飞发挥着巨大推动作用，充分体现了科学技术是第一生产力；我们设计制造的磁力耦合器应用到超高真空设备—滑动摩擦系数测定实验机上。
由于磁力耦合器在传动负载转矩的同时，能够彻底解决设备的全密封问题；滑动摩擦系数测定实验机在分子泵连续抽真空48h 后，测量室的真空度达到10-6Pa 以上，满足了实验室测试要求；足见其全密封的有效性和可靠性；这为科学研究提供了设备保障，为科研事业的发展起到了促进作用。
1、磁力耦合器的工作原理和主要功能1.1、工作原理根据磁体磁极的异性相吸、同性相斥原理及其磁力线能够穿过非铁磁性物质的特性；当电动机拖动外磁转子旋转时，通过磁力作用，外磁转子带动密封套内的内磁转子同步旋转，从而实现转矩的非直接接触传动；同时，通过密封套实现了传动转矩时轴端的静态全密封，把传统轴端的动态密封变为安全、可靠的静态密封，从根本上解决了动态轴封“跑、冒、滴、漏”的技术难题。
其原理结构如图1 所示。
1.2、主要功能磁力耦合器的主要功能是传动转矩，同时，把轴端传统的机械动密封变为安全、可靠的静密封；当负载转矩超过磁力耦合器的最大传动转矩时，磁力耦合器内、外磁转子会自动脱开耦合状态，起到过载保护的作用；由于磁力耦合传动属于非直接接触的软连接，隔振、减振作用明显。
化工泵磁力耦合传动的设计研究
化工泵磁力耦合传动的设计研究作者：陈瑜来源：《科技创新与应用》2017年第10期摘要：国内石油化工领域中化工泵的应用趋于广泛，但其泄漏问题一直是工程界关注的重点，采用磁力耦合传动设计的化工泵可有效防止化工泵的泄漏问题。
文章在对化工泵设计结构与原理深入理解分析的基础上，探讨了磁性材料与磁钢形式的选型方法，以其不断优化化工泵应用性能。
关键词：化工泵；磁力耦合；传动；设计引言伴随经济社会的高速发展，我国现代化建设已提升至一个新的层次，石油化工行业完善的工业体系已初步形成，促进了国民经济的高速稳定发展。
近年来，国内石油化工行业科技发展水平不断提升，化工泵作为该行业重要的动力装置，已基本上实现国产化，也是国内石化行业高速发展的重要标志。
石油化工行业由于生产运行环境较为恶劣，化工泵的设计上的漏洞也将导致轴封腔及轴封装置的泄漏问题，既影响化工泵正常工作，而且随之引发的重大安全事故也会造成巨大损失。
化工泵的磁力耦合设计是评估其传动性能以及防泄漏性能的重要方面，因此，需重点做好化工泵磁力耦合传动的设计研究工作，以不断优化化工泵工作性能。
1 化工泵设计结构与原理化工泵广泛应用于石油化工、纺织、冶金行业及电站建设中，化工泵的一般组成结构，组成上包括电机、叶轮、密封装置以及泵体等，在结构上具有以下特点：首先，在化工泵的设计中采用了计算流体力学模拟分析方法，保障了泵体高效的水力形线，因而化工泵具有高效节能的结构特点；其次，其轴封腔采用静密封结构，采用优化的静噪声设计方法，具有优良的抗污染及静音性能；再次，泵体采用管道式设计工艺，安装维护均较便捷；最后，泵体采用的双节流环平衡法有效地保障了轴向力的平衡效果，能够显著降低电机故障率，且平衡精度较高，有效地提升了化工泵运行可靠性。
化工泵体材料不同，其应用领域也有所差异。
不锈钢材质用于碱性腐蚀介质的输送，氟塑料材质可输送大多数酸碱腐蚀性介质，铸铁材质主要用于城市给排水及清水介质的输送。
高精度单转子泵的磁力耦合设计与优化
高精度单转子泵的磁力耦合设计与优化引言：高精度单转子泵作为一种常用的流体传输设备，其性能的优化设计对于提高传输效率、减少能源消耗具有重要意义。
本文将探讨高精度单转子泵的磁力耦合设计与优化方法，以提高其传输效率和运行稳定性。
一、磁力耦合设计原理与结构高精度单转子泵采用磁力耦合技术，通过电磁感应的方式传递动能，将主动转子和被动转子分离，消除了传统密封结构的磨损和泄漏问题。
磁力耦合装置由外磁转子、内磁转子、隔离套管和励磁装置组成。
其中，外磁转子和内磁转子之间的磁感应作用产生了传动力，通过隔离套管进行能量传递。
二、磁场分析与优化设计方法为了提高高精度单转子泵的磁力耦合效果，需要进行磁场分析和优化设计。
一种常用的方法是有限元分析法。
通过建立转子和套管的几何模型，选取适当的边界条件和材料参数，利用有限元分析软件模拟磁场分布。
通过分析磁场分布，可以确定磁力耦合的传动效率和传递能量大小，并进行结构参数的优化设计，以达到最佳的工作效果。
三、优化设计参数与方法1. 磁场强度的优化设计：通过变化磁场激励电流、磁铁间距和磁体的形状等参数，可以调节磁场强度的分布，以达到最佳的传动效果。
2. 励磁电流的优化设计：通过调节励磁电流的大小和频率，可以使得磁场强度与转子间的距离保持最佳匹配，提高磁力传输的效率。
3. 材料的选择与优化：选择具有较高磁导率和低磁滞损耗的材料，可以减小能量损耗，提高磁力耦合的效果。
四、性能测试与分析在完成磁力耦合的优化设计后，需要进行性能测试与分析，以验证设计的有效性。
性能测试可以通过测量转子的转速、传输流量、转矩等参数来评估泵的性能。
通过对测试数据的分析，可以得到泵的效率、功率特性和工作能力等重要参数，以帮助改进和进一步优化设计。
五、结论磁力耦合是高精度单转子泵中的关键技术之一，其设计与优化对于提高泵的传输效率和运行稳定性具有重要意义。
本文介绍了磁力耦合的设计原理与结构，并讨论了磁场分析与优化设计的方法。
磁力传动齿轮泵结构设计及分析
磁力传动齿轮泵结构设计及分析磁力传动齿轮泵是由三个部分组成的。
第一个部分为电机和电机轴之间的传动齿轮，即从动齿轮。
第二部分为隔离罩，用于控制输送液体的方向。
第三部分为被动齿轮，它用于将主动齿轮输入的液体通过减速齿轮输送到主动齿轮。
这种泵在使用过程中必须注意以下几点：1、严禁超载运行。
2、操作时，确认所有连接件均紧固牢靠。
3、严禁更改规定的润滑油类型，如果使用了错误的润滑油类型，则泵会损坏。
4、在不符合规定的情况下使用时，泵将无法达到其功能和寿命，并且会导致故障或损坏，因此必须避免使用错误的情况。
5、应采取措施，确保运行期间没有杂质侵入，泵和管道系统。
6、润滑剂粘度指数高的粘度不适合于泵的使用，因此不要使用。
7、只有当设备正常运行时，才允许启动叶片泵。
8、确保外壳密封。
9、请勿使用超出泵标记范围的流量。
10、应仔细检查输送液体中含有的金属和颗粒，以免堵塞泵。
11、泵不应连续操作。
12、停止操作时，应先关闭泵。
当使用磁力传动时，叶片泵还可以改为“单作用”磁力泵。
该磁力泵的工作原理与电动泵相同，但所需的驱动电机功率较小，约为几千瓦至几十千瓦。
其性能也比电动泵好得多。
磁力传动不需要很大的压力就可以传递动力，转速一般较低。
因此，适合于传输体积较小而动力较大的介质。
如果从节省功率的角度考虑，应选择体积小而功率大的磁力传动装置，并尽可能选择功率较小的电动机。
这样可以达到节省能源的目的。
设计说明：一、工作原理1、叶片泵体与内齿轮啮合，壳体内充满磁性材料制成的磁力架，由电动机驱动旋转，磁力泵吸入端设有填料压盖，中间设有隔离套，它可以改变旋转方向和位置。
2、隔离套用于防止内齿轮被传动齿轮带入壳体，内齿轮与隔离套之间有一层尼龙衬垫，可以减少磨损。
3、外壳由铸铁或钢板焊接而成，壳体的上下左右端盖分别与轴承座孔和底板配合，其余各处焊接在一起。
4、轴用于支撑泵的转子，转子与电动机直联。
机械原理中的磁力应用及优化
机械原理中的磁力应用及优化磁力是一种重要的物理力学效应，在机械原理中有着广泛的应用，既可以用于传动和控制系统，也可以用于传感器和电机等设备。
本文将探讨机械原理中磁力的应用及优化方法。
一、磁力在传动和控制系统中的应用1. 电磁阀：电磁阀是一种利用磁力控制液压或气动系统的关键元件。
它通过控制电磁铁的工作状态来控制阀门的开闭，从而实现对系统的控制。
电磁阀在自动化和工业控制中具有重要的应用，可以实现远程控制和快速响应。
2. 磁力离合器和制动器：磁力离合器和制动器采用磁力原理实现无接触传动和控制。
当电流通过电磁线圈时，会产生磁力使离合器或制动器工作，从而实现传动的连接或断开。
这种无接触的传动方式具有快速响应、可靠性高的优点，并且适用于高速和高转矩的情况。
3. 电动机：电动机是磁力应用的典型例子。
它利用电流通过线圈产生磁力，从而使电机转动。
电动机广泛应用于工业生产和交通工具中，是现代社会不可或缺的动力装置。
通过优化电动机的设计和控制方式，可以提高效率、降低能耗，并且减少对环境的影响。
二、磁力传感器的应用1. 磁性接近开关：磁性接近开关是一种常用的传感器，可以实现对金属物体的接近检测。
它通过检测磁场的变化来判断物体是否靠近开关，从而实现自动控制。
磁性接近开关广泛应用于工业自动化和安全控制领域，如机床、流水线等。
2. 磁场传感器：磁场传感器可以测量磁场的强度和方向，广泛应用于导航、地理勘测和磁力测量等领域。
在机械原理中，磁场传感器可以用于测量电动机的转速、位置和电流等参数，从而实现对电机的控制和保护。
三、优化磁力应用的方法1. 材料优化：选择合适的磁性材料对于优化磁力应用至关重要。
常用的磁性材料有铁、镍、钴等，它们具有较高的磁导率和饱和磁感应强度。
在设计磁性元件时，需要考虑材料的特性和使用环境，以保证其优良的磁性能。
2. 结构优化：通过优化磁性元件的结构，可以提高其磁力传递效率和响应速度。
例如，在电动机中，可以通过改变磁极的形状和分布来优化磁场的分布，从而提高转矩和效率。
磁力耦合原理
磁力耦合原理磁力耦合是一种利用磁场传递动力的机械传动装置，它通过磁场的作用实现了两个轴之间的非接触传动。
磁力耦合器主要由外转子、内转子和填充在两者之间的工作介质组成。
当外转子旋转时，由外转子产生的磁场会穿透填充在两者之间的工作介质，从而感应出内转子上的感应电流，进而产生磁力，实现了外转子和内转子之间的动力传递。
磁力耦合器的工作原理可以用简单的磁感应定律来解释。
根据法拉第电磁感应定律，当外转子旋转时，磁通量的变化会在内转子上感应出感应电流，从而产生磁力。
这种磁力可以传递动力，使得内转子跟随外转子的旋转而旋转。
由于磁力耦合器采用了非接触传动的方式，因此在传动过程中不会出现机械接触，从而避免了摩擦损耗和磨损，大大延长了设备的使用寿命。
磁力耦合器在工业生产中具有广泛的应用。
它常常被应用在需要隔离传动和传感的场合，如化工设备、食品机械、医疗设备等。
在这些场合，磁力耦合器可以有效地隔离外部环境和内部设备，避免了液体泄漏和传感器受到外部干扰的问题。
同时，磁力耦合器还可以实现变速传动和恒转矩传动，提高了设备的稳定性和可靠性。
除了在工业生产中的应用，磁力耦合器还被广泛应用在科研领域。
由于磁力耦合器可以实现非接触传动，因此在需要避免机械摩擦和磨损的科研实验中具有独特的优势。
例如，在高真空环境下的实验中，磁力耦合器可以避免机械密封的泄漏问题，保证实验的准确性和可靠性。
总的来说，磁力耦合器作为一种新型的机械传动装置，具有许多优越的性能。
它不仅可以实现非接触传动，避免了机械摩擦和磨损，还可以实现隔离传动和传感，提高了设备的稳定性和可靠性。
因此，在工业生产和科研领域都有着广泛的应用前景。
随着科学技术的不断进步，相信磁力耦合器在未来会有更加广阔的发展空间。
磁力耦合原理
磁力耦合原理磁力耦合是一种通过磁场传递动力的原理，广泛应用于机械传动领域。
它利用磁场的作用，实现了机械轴之间的无接触传动，具有传递扭矩大、传递效率高、无摩擦、无磨损等优点，因此在许多工业领域得到了广泛的应用。
磁力耦合的基本原理是利用磁场的作用来传递动力。
当两个磁性体之间存在磁场时，它们之间就会产生磁力作用，从而实现了动力的传递。
磁力耦合装置通常包括外转子、内转子和磁性传动液。
外转子和内转子之间通过磁场相互作用，使得内转子可以受到外转子的驱动而旋转，从而实现了动力的传递。
磁力耦合的工作原理可以简单地理解为，外转子通过机械装置带动磁性传动液旋转，而内转子则通过磁场的作用受到外转子的驱动而旋转。
磁性传动液在外转子的作用下形成了旋转的磁场，这个磁场又通过磁力作用于内转子，从而使得内转子跟随外转子一起旋转。
这样，外转子和内转子之间就实现了动力的传递，而且由于没有机械接触，所以传动过程中几乎没有能量损耗，传递效率非常高。
磁力耦合的应用范围非常广泛。
在一些特殊的工况下，由于环境的限制，传统的机械传动方式难以实现，而磁力耦合由于其无接触、无摩擦、无磨损的特点，可以很好地满足这些特殊工况的需求。
比如在化工、医药、食品等行业，由于工作环境的特殊性，需要使用无接触传动方式，这时磁力耦合就可以发挥出其独特的优势。
此外，磁力耦合还可以用于变速传动。
通过改变外转子的转速，可以改变磁性传动液的旋转速度，从而实现内转子的变速传动。
这种变速方式相对于传统的机械变速装置来说，更加简洁、可靠，而且不易受到外部环境的影响，因此在一些对传动精度要求较高的场合得到了广泛的应用。
总的来说，磁力耦合作为一种新型的传动方式，具有许多传统传动方式所不具备的优点，如无接触、无摩擦、无磨损、传递效率高等。
在工业领域得到了广泛的应用，并且随着磁性材料和磁场控制技术的不断发展，磁力耦合的应用将会更加广泛，为工业生产带来更多的便利和效益。
210991258_磁力耦合式直线驱动装置的建模与优化
第４５卷第２期２０２３年３月沈 阳 工 业 大 学 学 报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ ４５Ｎｏ ２Ｍａｒ２０２３收稿日期：２０２１－１０－２０．基金项目：国家自然科学基金项目（５２００５３４５，５２００５３４４）；辽宁省教育厅项目（ＬＦＧＤ２０２０００２）．作者简介：赵海宁（１９８１－），男，河北衡水人，高级工程师，博士生，主要从事磁力驱动技术、振动噪声抑制等方面的研究．ｄｏｉ：１０．７６８８／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１６４６．２０２３．０２．１１磁力耦合式直线驱动装置的建模与优化赵海宁，赵 川，张鹏飞，金俊杰，孙 凤，于慎波，王振宇（沈阳工业大学机械工程学院，沈阳１１０８７０）摘 要：针对传统机械系统难以完成密封环境中的驱动任务，提出了一种非接触式磁力耦合直线驱动装置，分析了不同优化方案的磁力特性．采用等效磁路法分别建立了水平驱动力和法向干扰力的解析模型，通过有限元瞬态仿真和实验测量对理论计算模型的准确性进行验证，应用该解析模型对不同优化方案的磁力特性进行对比分析．结果表明，所建立的解析模型与实验结果的误差较小，采用径向磁化圆柱形永磁体的双轮驱动方案最大驱动力提高近２倍，并消除了法向干扰力，在一定负载工况下可实现高效运行．关 键 词：磁力耦合；直线驱动；磁力解析；特性分析；建模；有限元分析；磁力测试；结构优化中图分类号：ＴＭ３５９ ４ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－１６４６（２０２３）０２－０１８０－０７ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｌｉｎｅａｒｄｒｉｖｅｄｅｖｉｃｅＺＨＡＯＨａｉ ｎｉｎｇ，ＺＨＡＯＣｈｕａｎ，ＺＨＡＮＧＰｅｎｇ ｆｅｉ，ＪＩＮＪｕｎ ｊｉｅ，ＳＵＮＦｅｎｇ，ＹＵＳｈｅｎ ｂｏ，ＷＡＮＧＺｈｅｎ ｙｕ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｃａｎｎｏｔｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｔａｓｋｉｎａｓｅａｌｅｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｏｎ ｃｏｎｔａｃｔｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｌｉｎｅａｒｄｒｉｖｅｄｅｖｉｃｅｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｓｅｄ．Ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｆｏｒｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｔｈｅｎｏｒｍａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｃｅ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｓｅｄｂｙｔｈｉｓａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｒｒｏｒｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｓｖｅｒｙｓｍａｌｌ．Ｔｈｅｔｗｏ ｗｈｅｅｌ ｄｒｉｖｅｓｃｈｅｍｅｗｉｔｈｒａｄｉａｌｍａｇｎｅｔｉｚｅｄｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｃａｎｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅｂｙｎｅａｒｌｙｔｗｏｔｉｍｅｓａｎｄｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｎｏｒｍａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｃｅ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙｃｏｕｐｌｅｄｌｉｎｅａｒｄｒｉｖｅｄｅｖｉｃｅｃａｎｏｐｅｒａｔｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｕｎｄｅｒｃｅｒｔａｉｎｌｏａｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｌｉｎｅａｒｄｒｉｖｅ；ｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓ；ｍｏｄｅｌｉｎｇ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｍａｇｎｅｔｉｃｔｅｓｔ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ 传统的机械传动主要分为摩擦传动与啮合传动两种类型，主动件与从动件接触是完成机械传动的前提［１］．磁力驱动机构可消除接触摩擦、无需润滑，可避免二次粉尘的产生，实现分离式传动，近年来在化工机械、食品机械、医疗机械等领域都有迫切的应用需求．因此，磁力驱动装置的开发应用可实现高洁净环境和真空密封条件下的驱动，具有十分重要的意义［２－３］．磁力驱动装置的结构优化、磁场建模和传动性能分析是当前研究的重点［４－６］．Ａｔａｌｌａｈ等［７－８］提出永磁齿轮的拓扑优化方案，分析了永磁体数量、调磁环数量对速比和磁通密度的影响．为了增强气隙磁通密度并提高转矩密度，吴鹏和张进等［９－１０］分别提出一种双调制结构的同轴式磁齿轮结构，分析了辅助磁通调制对转矩能力增强特性的作用．Ｍａｆｉ和Ｊｅｎｎｅｙ等［１１－１２］设计了基于Ｈａｌｂａｃｈ阵列结构Copyright ©博看网. All Rights Reserved.的永磁齿轮，利用单边磁通增强的特性增大转矩密度，同时降低了转矩脉动和调制器的损耗，但采用铁质调磁环的磁齿轮在高速传动应用中受到限制，且由于内外转子上均安装有永磁体，气隙磁场的谐波含量较高．黄金霖等［１３］提出一种由永磁调磁块、内转子永磁体和外转子铁心等组成的永磁齿轮结构，并采用多目标优化方法对其结构参数进行了优化设计．杨超君等［１４］提出一种可调速异步盘式磁力联轴器，通过调节主、从动盘间的气隙长度改变磁力，从而实现转速调节，并对转差率与传动效率间的关系进行了研究，可实现一定负载下高效运行．盘式联轴器在轴向会受到磁场力影响，因此需安装轴承以提供轴向支撑．田杰等［１５］设计了一种混合式永磁联轴器，建立传递转矩模型，分析了磁极数、气隙大小及磁体厚度等主要参数对传动性能的影响．包广清等［１６］将磁场调制式磁齿轮应用于风力发电系统，基于电动机和磁齿轮有限元模型的联合动态仿真，试制了磁齿轮样机．上述永磁齿轮与永磁联轴器主要用于传递动态扭矩，实现主动件与从动件的同步或异步旋转运动，将永磁传动技术应用于直线驱动装置的研究还相对较少．孙凤等［１７］通过有限元仿真对非接触式磁力直线传动装置磁力特性进行分析，指出磁力垂直分量对直线驱动存在干扰．有限元法可以实现磁场模型的精确计算，但其对网格划分的要求较高，且瞬态仿真计算耗时较长，在进行结构优化设计任务中工作量较大，磁力大小与结构参数及其他系统变量之间的数值关系也难以系统地进行表征．因此，参数较为直观并且可实现快速计算的解析模型仍是国内外学者们不断研究的重要内容．赵韩等［１８－２０］分别应用表面电流法、空间谐波法、分数线性变换法等建立了磁场解析模型，并通过有限元分析以及实验测量证明了上述方法的可靠性．本文应用等效磁路法和虚位移法建立磁力耦合式直线驱动装置的解析数学模型，通过仿真分析与实验测量，结果表明理论模型较为准确，为进一步建立动力学模型以及控制器设计奠定了基础．之后以提高驱动能力并降低法向干扰力为优化目标，对所提出的驱动装置进行改进，计算结果证明改进模型最大驱动力可提高近２倍，法向干扰力作用被消除，系统驱动能力得到有效提高．１ 永磁直线传动原理磁力耦合式直线驱动装置如图１所示．该装置主要由可磁化的铁质齿条、永磁驱动轮和伺服电机组成．永磁驱动轮与伺服电机直连，８块永磁体均匀地镶嵌在驱动轮外圆上的凹槽内，相邻两块永磁体夹角为４５°，磁极呈Ｎ极和Ｓ极交替向外布置．齿条的齿宽与条形永磁体宽度相等，齿厚与永磁体厚度相等，齿距等于相邻永磁体中心对应的圆弧长度．当伺服电机带动永磁驱动轮旋转时，在磁力可影响的范围内，永磁体与齿条之间的磁力耦合会产生水平方向的驱动力和竖直方向的干扰力．将电机与驱动轮位置固定，齿条型导轨安装在直线导轨滑台上，抵消法向干扰力，齿条形导轨可实现沿ｘ轴方向的直线运动．图１ 直线驱动装置原理示意图Ｆｉｇ １ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｌｉｎｅａｒｄｒｉｖｅｄｅｖｉｃｅ２ 磁力建模及分析２ １ 磁力解析模型建立由于该驱动装置中的８块永磁体均匀分布在驱动轮上，为方便求解，以单块永磁体为对象进行分析，当旋转角度θ＝０°时，永磁体处于导轨凸齿的正上方，此时，铁质齿条所受的磁力如图２所示．考虑到磁力耦合作用在气隙较小时更加敏感，选取距离工作磁体较近的５个凸齿作为主要磁化目标．首先求解永磁体１对齿条凸齿Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ的水平驱动力和法向干扰力，进而叠加计算出驱动轮旋转一周过程中８块磁体对齿条的磁力作用．磁力解析模型建立过程可分为计算磁路各部分磁导、求解工作气隙有效磁通以及求解磁力三个步骤．直线驱动装置中永磁体为钕铁硼Ｎ５２，齿条为Ｑ２３５钢，驱动轮为铝，主要参数如表１所示．永磁体的磁导计算公式为Ｇ＝μｒａｂ／ｃ （１）式中：μｒ为永磁体相对磁导率；ａ、ｂ、ｃ分别为永磁体的长、宽、高．１８１第２期 赵海宁，等：磁力耦合式直线驱动装置的建模与优化Copyright©博看网. All Rights Reserved.图２ 永磁体１磁力作用示意图Ｆｉｇ ２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔ１表１ 直线驱动装置参数Ｔａｂ １ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｌｉｎｅａｒｄｒｉｖｅｄｅｖｉｃｅ参数数值永磁体尺寸ａ×ｂ×ｃ／ｍｍ３０×１０×７ ８驱动轮半径Ｒ／ｍｍ２５驱动轮厚度ｈ／ｍｍ１０齿条凸齿间距Ｐ／ｍｍ１９ ４永磁体中心与凸齿间距离ｄ／ｍｍ５ ９转动角度θ／（°）０≤θ≤３６０ 当永磁驱动轮逆时针转动且转动角度为θ时，永磁体１与导轨凸齿Ｂ间的气隙长度表示为ｌＢ＝（Ｒｓｉｎθ）２＋（Ｒ＋ｄ－Ｒｃｏｓθ）槡２ （２） 永磁体１与凸齿间的气隙磁导可表示为ＧｇＢ＝μ０ａｂ／ｌＢ （３）式中，μ０为真空磁导率，μ０＝４π×１０－７Ｈ／ｍ．永磁体侧表面的漏磁导为ＧＬ＝２ｌｎ２μ０（２ａ＋２ｂ）／π （４）永磁体１与凸齿Ｂ间的磁路总磁导为Ｇ１Ｂ＝１／１ＧｇＢ＋１Ｇ＋Ｇ()Ｌ （５）磁路中气隙磁通与永磁体工作磁通关系为ＢｍＨｍ＝ｋｆＡｇＬｍｋｒＬｇＡｍ （６）式中：Ｂｍ为永磁体的磁通密度；Ｈｍ为永磁体的磁场强度；ｋｆ为漏磁系数；Ａｇ为气隙面积；Ｌｍ为永磁体充磁方向长度；ｋｒ为磁阻系数；Ｌｇ为气隙长度；Ａｍ为永磁体的极面积．令气隙磁导为Ｇａ，对应气隙磁通可表示为φｇ＝ＢｍＡｍｋｆ＝ｃＢｒＨｃＧａＡｍｋｆ（ＢｒＡｍ＋ｃＨｃＧａ） （７）式中：Ｂｒ＝１ ４１Ｔ；Ｈｃ＝８６０ｋＡ／ｍ．将式（５）、（７）联立，可得凸齿Ｂ与永磁体１处气隙磁通为φ１Ｂ＝ａｂｃＢｒＨｃＧ１Ｂｋｆ（ａｂＢｒ＋ｃＨｃＧ１Ｂ） （８）根据虚位移法得到永磁体１与凸齿Ｂ间的磁力为Ｆ１Ｂ＝ ＷｇＢ ｌ１Ｂ＝ｌＢφ２１Ｂμ０ａｂｋｆφ１ＢｃＨｃＧ１Ｂ－()１２ （９）当永磁驱动轮旋转角度为θ时，第ｉ个永磁体的作用点与导轨凸齿Ｂ之间的气隙长度为ｌｉＢ＝Ｒｓｉｎθ＋（ｊ－１）π()()４２＋Ｒ＋ｄ－Ｒｃｏｓθ＋（ｊ－１）π()()４槡２（１０）式中：ｉ为永磁体的代号，ｉ＝１，２，…，８；ｊ与ｉ对应，当ｉ为１时，ｊ＝１．根据上述推导过程，可求解出驱动装置的总的水平驱动力Ｆｘ和法向干扰力Ｆｙ分别为Ｆｘ＝∑ｎｉ＝(１ＦｉＢＲｓｉｎ（θ＋（ｊ－１）π／４）ｌｉＢ－ ＦｉＣＰ－Ｒｓｉｎ（θ＋（ｊ－１）π／４）ｌｉＣ＋ＦｉＤＰ＋Ｒｓｉｎ（θ＋（ｊ－１）π／４）ｌｉＤ＋ＦｉＥ２Ｐ＋Ｒｓｉｎ（θ＋（ｊ－１）π／４）ｌｉＥ－ＦｉＦ２Ｐ－Ｒｓｉｎ（θ＋（ｊ－１）π／４）ｌ)ｉＦ（１１）Ｆｙ＝∑ｎｉ＝(１ＦｉＢＲ＋ｄ－Ｒｃｏｓ（θ＋（ｊ－１）π／４）ｌｉＢ＋ＦｉＣＲ＋ｄ－Ｒｃｏｓ（θ＋（ｊ－１）π／４）ｌｉＣ＋ＦｉＤＲ＋ｄ－Ｒｃｏｓ（θ＋（ｊ－１）π／４）ｌｉＤ＋ＦｉＥＲ＋ｄ－Ｒｃｏｓ（θ＋（ｊ－１）π／４）ｌｉＥ＋ＦｉＦＲ＋ｄ－Ｒｃｏｓ（θ＋（ｊ－１）π／４）ｌ)ｉＦ（１２）２ ２ 磁力特性分析由前文分析可知，当永磁驱动轮处于初始位置时，水平驱动力Ｆｘ以及法向干扰力Ｆｙ均为与旋转角度θ有关的强非线性函数，难以直观地看出其力学特性．将表１的数据代入数学模型中，可以得到相应的计算结果进而分析其力学特性，绘制旋转角度由０°变化到３６０°时直线驱动装置中铁质齿条受永磁体影响产生的水平驱动力以及法２８１沈 阳 工 业 大 学 学 报 第４５卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.向干扰力变化曲线，如图３所示．图３ 磁力随旋转角度变化曲线Ｆｉｇ ３ Ｃｕｒｖｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｖａｒｙｉｎｇｗｉｔｈｒｏｔａｔｉｏｎａｎｇｌｅ初始角度θ＝０°时，永磁体１正对凸齿Ｂ，此时，永磁体１与凸齿Ｂ距离最近．由磁力变化曲线可以看出，法向干扰力Ｆｙ最大．由于永磁体１与凸齿Ｂ在水平方向没有位移差，即Δｘ＝０，水平方向驱动力为零（θ＝０°）；当永磁驱动轮旋转一定角度后，永磁体１相对凸齿Ｂ的ｙ方向距离变大，法向干扰力减小，同时水平方向产生位移差，Δｘ变大，产生水平驱动力．在永磁驱动轮旋转４５°过程中，法向干扰力先减小后增大，方向保持不变．水平驱动力先增大（０°＜θ＜８°）后减小（８°＜θ＜２２ ５°），此时装置产生正向驱动力，最大水平驱动力约为３ ４Ｎ，最大法向干扰力为２０Ｎ．当θ＝２２ ５°时，此时永磁体１与永磁体８对称分布于凸齿Ｂ两侧，水平驱动力为零．永磁驱动轮继续旋转，驱动力反向，其大小随角度增加先增大（２２ ５°＜θ＜３０ ５°）后减小（３８ ５°＜θ＜４５°）．当θ＝４５°时，永磁体２正对凸齿Ｂ，此时法向干扰力最大，水平驱动力为零．由磁力变化曲线可以看出，这一过程中法向干扰力始终为正，其大小随着永磁驱动轮旋转发生变化，而水平驱动力的大小以及方向均与角度相关，４５°为磁力随角度变化的一个周期．由于驱动轮上有８块永磁体，当驱动轮旋转一周时，对应水平驱动力与法向干扰力变化８个周期．上述分析表明，所建立的模型符合该磁力耦合式非接触直线驱动装置结构特点．３ 有限元仿真分析有限元软件可以快速建立磁场模型，直观显示磁通分布，并可以通过瞬态仿真分析磁力随角度变化情况．建模时保证结构参数与理论建模参数一致，并设定驱动轮匀速旋转一周．图４为永磁驱动轮旋转过程中三个关键点的磁通分布图．图４ａ为永磁驱动轮在初始位置（θ＝０°）的磁力线分布，相邻两个永磁体以串联形式作为共同磁源，为一个闭合磁路提供磁通．随着旋转角度增大，磁路中的磁通密度以及工作气隙长度随之变化；图４ｂ为永磁驱动轮旋转２２ ５°时磁路的有效磁通关于ｙ轴的对称分布情况，此时磁力在水平方向上矢量叠加和为零，垂直方向上均为正向力叠加，由于该位置气隙长度最大，相应的法向干扰力最小；当永磁体旋转至图４ｃ位置时，永磁体２正对凸齿Ｂ，此时磁通分布与初始状态相同．当角度继续增大时，永磁体２开始作为工作磁体为系统提供驱动力．上述仿真分析表明，磁力变化趋势与所建立的解析模型一致，以铁质齿条的受力为求解目标，可以得到水平驱动力和法向干扰力的有限元计算结果．图４ 驱动轮旋转过程中系统的磁通分布Ｆｉｇ ４ Ｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｘｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｙｓｔｅｍｄｕｒｉｎｇｒｏｔａｔｉｏｎｏｆｄｒｉｖｉｎｇｗｈｅｅｌ４ 磁力测量实验搭建磁力测量实验装置如图５所示．所用力３８１第２期 赵海宁，等：磁力耦合式直线驱动装置的建模与优化Copyright©博看网. All Rights Reserved.传感器型号为ＬｏａｄＣｅｌｌＣＸＺ １１４，量程为０～３００Ｎ，分辨率为０ ０１Ｎ；铁质导轨齿条、永磁驱动轮参数与理论计算参数一致；分度盘为二自由度微动平台，可以调节永磁驱动轮与铁质导轨齿条间的相对位移以及永磁体与导轨齿条凸齿之间的间隙，从力值显示仪上读出驱动装置的水平驱动力和法向干扰力．将实测结果与有限元计算结果、解析计算结果进行对比，得到水平驱动力和法向干扰力结果对比如图６、７所示．图５ 磁力测量实验装置Ｆｉｇ ５ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｖｉｃｅｆｏｒｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ图６ 三种方法建立的水平驱动力结果比较Ｆｉｇ ６ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｍｏｎｇｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓ图７ 三种方法建立的法向干扰力结果比较Ｆｉｇ ７ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｍｏｎｇｎｏｒｍａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｃｅｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄｓ有限元计算结果中，单个周期内水平驱动力最大值约为３ ８Ｎ，对应永磁驱动轮旋转角度为１１°．法向干扰力最大值约为２０Ｎ，对应角度为４５°；最小值约为９ ８Ｎ，此时永磁驱动轮旋转角度为２２ ５°．与理论推导得到的解析计算结果相比，磁力的极值点附近存在一定的误差，主要是由于理论建模时将漏磁系数视为常数，未考虑实际磁路漏磁会受到气隙长度变化的影响．有限元分析结果中磁力变化存在一定滞后，主要是由数学模型未考虑齿条在磁化和退磁过程的磁滞现象以及对齿条材料的Ｂ Ｈ曲线设置有一定误差等原因造成的．系统产生正向驱动力时，误差较小；系统产生反向驱动力时，实验测量值小于有限元仿真以及理论计算的结果，其最大值之间存在约１０％误差．多次进行验证发现测力实验装置中的齿条在法向磁力作用下有微小角度的偏转，永磁驱动轮与齿条间的气隙变得不均匀，从而造成测量误差．仿真和实验结果证明所建立的磁力模型是较为精确的，在分析各结构参数对磁力的影响时方便快捷且满足精度要求，同时为进一步实现运动控制奠定了基础．５ 结构优化方案本文系统结构中磁力存在法向分量，会对直线驱动装置造成干扰，这对系统的进一步应用有一定限制．为了避免永磁驱动轮旋转时永磁体与齿条发生碰撞，工作气隙长度需要足够大，并且条形永磁体的棱边漏磁导致气隙的有效磁通降低，使水平驱动能力受限．为了提高驱动力并降低干扰力，需要进一步对系统结构进行优化．将原系统条形磁体方案定为方案一，方案二和方案三为优化结构，如图８所示．方案二采用径向充磁的圆柱形永磁体，且齿条更改为半圆形凸齿，方案三采用一种对称式双磁轮结构，永磁体以及齿条形状尺寸与方案二保持一致．三种方案对于磁力模型同样适用，仅需将圆柱永磁体的磁导以及气隙磁导重新计算，并代入式（１１）、（１２）中，得到三种方案的水平驱动力和法向干扰力对比结果，如图９、１０所示．由于永磁体的数目相同，三种方案的磁力随角度变化的周期相同．在不改变永磁体材料性能、永磁体体积的条件下，方案二最大驱动力约为５Ｎ，是方案一最大驱动力的１ ４７倍；其法向干扰力最小为６ ５Ｎ，而方案一最小为１０Ｎ，二者最大法向干扰力均为２１Ｎ．由于采用双磁轮同步驱动，方案三的水平驱动力理论计算结果为方案二４８１沈 阳 工 业 大 学 学 报 第４５卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图８ 两种优化结构方案示意图Ｆｉｇ ８ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｔｗｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓ图９ 不同方案水平驱动力对比Ｆｉｇ ９ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｍｏｎｇｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｄｒｉｖｉｎｇｆｏｒｃｅｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｈｅｍｅｓ图１０ 不同方案法向干扰力对比Ｆｉｇ １０ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎａｍｏｎｇｎｏｒｍａｌｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｃｅｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｃｈｅｍｅｓ水平驱动力的２倍，较方案一提高近２倍，且齿条所受的法向干扰力为零．６ 结 论本文提出一种磁力耦合式非接触直线驱动装置的解析磁力建模方法，分析了永磁驱动轮旋转角度对磁力的影响．磁力随永磁驱动轮旋转角度变化呈周期性变化，周期大小与永磁驱动轮上布置的永磁体数量相关．永磁驱动轮旋转过程中，磁力矢量叠加后水平驱动力和法向干扰力大小均随着角度变化，法向干扰力方向不变，而水平驱动力在一个周期内方向变化一次．实际运行过程中，齿条会在驱动力作用下正向移动．利用有限元仿真方法和实验方法验证了理论计算模型的正确性，并对存在的误差进行了分析．其中，理论建模时未考虑漏磁受气隙长度变化的影响，这是磁力仿真结果与建立的模型存在误差的主要原因．测试系统中永磁体与齿条之间的气隙不均匀，造成各个周期内磁力测量结果出现误差．上述误差均在磁力的极值点附近较为明显，其最大误差在１０％以内．采用圆柱形永磁体代替条形磁体，解决了棱边漏磁以及气隙随角度变化不均匀带来的问题．双磁轮耦合式直线驱动方案提高近两倍水平驱动力，并消除了法向干扰力，可实现高负载工况下的可靠运行．基于所建立的磁力模型，下一步拟建立该直线驱动系统的非线性动力学模型，运用齿条位移和磁轮旋转角度的双闭环控制策略，实现对齿条直线运动高精度控制．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］何育民，郝安帮．基于ＡＮＳＹＳｗｏｒｋｂｅｎｃｈ齿轮啮合刚度计算及动力学仿真［Ｊ］．沈阳工业大学学报，２０２０，４２（２）：１９１－１９６．（ＨＥＹｕ ｍｉｎ，ＨＡＯＡｎ ｂａｎｇ．Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｇｅａｒｍｅｓ ｈｉｎｇｓｔｉｆｆｎｅｓｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳｗｏｒｋｂｅｎｃｈ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４２（２）：１９１－１９６．）［２］李强，唐敬虎，孙凤，等．可变磁路式永磁悬浮系统的防跌落防吸附控制［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１９，４０（３）：２４６－２５４．（ＬＩＱｉａｎｇ，ＴＡＮＧＪｉｎｇ ｈｕ，ＳＵＮＦｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｔｉ ｆａｌｌａｎｄａｎｔｉ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｓｍｌｅｖｉｔａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｆｌｕｘｐａｔｈｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，２０１９，４０（３）：２４６－２５４．）［３］王丽梅，张宗雪．Ｈ型精密运动平台交叉耦合模糊ＰＩＤ同步控制［Ｊ］．沈阳工业大学学报，２０１８，４０（１）：１－５．（ＷＡＮＧＬｉ ｍｅｉ，ＺＨＡＮＧＺｏｎｇ ｘｕｅ．Ｃｒｏｓｓ ｃｏｕｐｌｅｄｆｕｚｚｙＰＩＤｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒＨ ｔｙｐｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍｏｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１８，４０（１）：１－５．）［４］ＪｉｎｇＬＢ，ＨｕａｎｇＺＸ，ＣｈｅｎＪＬ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎ，ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆａｈｙｂｒｉｄ ｅｘｃｉｔｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｇｅａｒｄｕｒｉｎｇｏｖｅｒｌｏａｄ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０２０，５６（５）：４８１２－４８１９．［５］王洪群，黄志坚，谢明辉，等．永磁传动技术概述及发展前景［Ｊ］．中国工程机械学报，２０１６，１４（６）：５５２－５５６．５８１第２期 赵海宁，等：磁力耦合式直线驱动装置的建模与优化Copyright ©博看网. All Rights Reserved.（ＷＡＮＧＨｏｎｇ ｑｕｎ，ＨＵＡＮＧＺｈｉ ｊｉａｎ，ＸＩＥＭｉｎｇｈｕｉ，ｅｔａｌ．Ｓｕｍｍａｒｙｏｎａｄｖａｎｃｅｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙ，２０１６，１４（６）：５５２－５５６．）［６］付兴贺，王标，林明耀．磁力齿轮发展综述［Ｊ］．电工技术学报，２０１６，３１（１８）：１－１２．（ＦＵＸｉｎｇ ｈｅ，ＷＡＮＧＢｉａｏ，ＬＩＮＭｉｎｇ ｙａｏ．Ｏｖｅｒｖｉｅｗａｎｄｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｇｅａｒｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１６，３１（１８）：１－１２．）［７］ＡｔａｌｌａｈＫ，ＨｏｗｅＤ．Ａｎｏｖｅｌｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｍａｇ ｎｅｔｉｃｇｅａｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ，２００１，３７（４）：２８４４－２８４６．［８］黄章?，井立兵．极对数对磁力齿轮转矩脉动的影响［Ｊ］．机械传动，２０２０，４４（６）：２５－３１．（ＨＵＡＮＧＺｈａｎｇ ｘｉａｎ，ＪＩＮＧＬｉ ｂｉｎｇ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｎｕｍｂｅｒｏｆｐｏｌｅｐａｉｒｓｏｎｔｏｒｑｕｅｒｉｐｐｌｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｇｅａｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，２０２０，４４（６）：２５－３１．）［９］吴鹏，朱姿娜，李开元．双调制同轴磁齿轮的结构设计与传动性能分析［Ｊ］．机械传动，２０１９，４３（６）：４３－４７．（ＷＵＰｅｎｇ，ＺＨＵＺｉ ｎａ，ＬＩＫａｉ ｙｕａｎ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｏｕｂｌｅｍｏｄｕｌａｔｅｄｃｏａｘｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｇｅａｒ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，２０１９，４３（６）：４３－４７．）［１０］张进，张秋菊．双磁场调制磁齿轮转矩能力增强特性分析［Ｊ］．电机与控制学报，２０２１，２５（１）：１３６－１４２．（ＺＨＡＮＧＪｉｎ，ＺＨＡＮＧＱｉｕ ｊｕ．Ｄｕａｌ ｆｌｕｘ ｍｏｄｕｌａｔｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｇｅａｒｆｏｒｔｏｒｑｕｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０２１，２５（１）：１３６－１４２．）［１１］ＭａｆｉＨ，ＡｆｊｅｉＥ，ＧｈａｈｅｒｉＡ．Ｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏａｘｉａｌｍａｇ ｎｅｔｉｃｇｅａｒｕｔｉｌｉｓｉｎｇａｎｏｖｅｌｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔＨａｌｂａｃｈａｒｒａｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．ＩＥＴＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０２１，１５（３）：２９９－３０９．［１２］ＪｅｎｎｅｙＫ，ＰａｋｄｅｌｉａｎＳ．Ｍａｇｎｅｔｉｃｄｅｓｉｇｎａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓ ｒｏｔａｒｙｍａｇｎｅｔｉｃｇｅａｒｕｓｉｎｇｑｕａｓｉ ｈａｌｂａｃｈａｒｒａｙｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０２０，６７（１１）：９５８２－９５９２．［１３］黄金霖，张国政，周克良．新型永磁调磁式磁齿轮的设计与优化［Ｊ］．电子测量与仪器学报，２０２０，３４（７）：１８７－１９５．（ＨＵＡＮＧＪｉｎ ｌｉｎ，ＺＨＡＮＧＧｕｏ ｚｈｅｎｇ，ＺＨＯＵＫｅｌｉａｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｎｏｖｅｌｃｏａｘｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｇｅａｒｆｏｒｓｔａｔｉｏｎａｒｙｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｒｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ，２０２０，３４（７）：１８７－１９５．）［１４］杨超君，孔令营，张涛，等．调磁式异步磁力联轴器三维气隙磁场研究［Ｊ］．机械工程学报，２０１６，５２（８）：８－１５．（ＹＡＮＧＣｈａｏ ｊｕｎ，ＫＯＮＧＬｉｎｇ ｙｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＴａｏ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎ３Ｄａｉｒ ｇａｐｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｆｆｉｅｌｄｍｏｄｕｌａｔｅｄａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１６，５２（８）：８－１５．）［１５］田杰，徐杰．混合式永磁联轴器传动转矩计算及传动特性研究［Ｊ］．机械设计与制造，２０１６（４）：８３－８７．（ＴＩＡＮＪｉｅ，ＸＵＪｉｅ．Ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｒｉｖｉｎｇｔｏｒｑｕｅａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｈｙｂｒｉｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｃｏｕｐｌｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２０１６（４）：８３－８７．）［１６］包广清，刘新华，毛开富．基于磁场调制式磁齿轮传动的永磁同步风力发电系统［Ｊ］．农业机械学报，２０１１，４２（５）：１１６－１２０．（ＢＡＯＧｕａｎｇ ｑｉｎｇ，ＬＩＵＸｉｎ ｈｕａ，ＭＡＯＫａｉ ｆｕ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｆｉｅｌｄｍｏｄｕｌａｔｅｄｍａｇｎｅｔｉｃｇｅａｒｉｎｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｔｙｆｏｒＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭａｃｈｉｎｅｒｙ，２０１１，４２（５）：１１６－１２０．）［１７］孙凤，马迪，赵川，等．双永磁轮直线驱动装置的磁力特性仿真分析［Ｊ］．机械传动，２０２０，４４（３）：１０３－１０９．（ＳＵＮＦｅｎｇ，ＭＡＤｉ，ＺＨＡＯＣｈｕａｎ，ｅｔａｌ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆｄｏｕｂｌｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｗｈｅｅｌｌｉｎｅａｒｄｒｉｖｅｄｅｖｉｃｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，２０２０，４４（３）：１０３－１０９．）［１８］赵韩，杨志轶，田杰．永磁齿轮传动力矩计算方法研究［Ｊ］．机械工程学报，２００１，３７（１１）：６６－７０．（ＺＨＡＯＨａｎ，ＹＡＮＧＺｈｉ ｙｉ，ＴＩＡＮＪｉｅ．Ｓｔｕｄｙｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｔｏｒｑｕｅｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｇｅａｒｓ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，３７（１１）：６６－７０．）［１９］ＺｈａｎｇＹＪ，ＺｈａｎｇＪＤ，ＬｉｕＲＨ．Ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｎａ ｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｍａｇｎｅｔｉｃｈａｒｍｏｎｉｃｇｅａｒｓｕｓｉｎｇｔｈｅｆｒａｃｔｉｏｎａｌｌｉｎｅａｒｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１９，５（１）：４７－５２．［２０］ＪａｎｇＧＨ，ＫｉｍＣＷ，ＳｅｏＳＷ，ｅｔａｌ．Ｔｏｒｑｕｅｃｈａｒａｃ ｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｒａｃｋｐｉｎｉｏｎｇｅａｒｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓ，２０１９，５５（７）：１－５．（责任编辑：钟 媛 英文审校：尹淑英）６８１沈 阳 工 业 大 学 学 报 第４５卷Copyright©博看网. 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磁力传动系统：在特殊环境和高温条件下实现传动的创新解决方案
磁力传动系统：在特殊环境和高温条件下实现传动的创新解决方案引言：随着科技的发展，特殊环境和高温条件下的传动需求日益增加。
传统传动系统在这些极端条件下面临着许多挑战，而磁力传动系统作为一种创新解决方案，可以在这些恶劣环境下提供高效、可靠的传动效果。
本文将介绍磁力传动系统的原理、应用领域以及在特殊环境和高温条件下实现传动的创新解决方案。
1. 磁力传动系统的原理磁力传动系统是利用磁力作用实现传递动力和扭矩的一种传动方式。
它由两个磁力耦合的部分组成：驱动部分和从动部分。
驱动部分通过电力或永久磁体产生磁场，从而激发从动部分中的磁体。
这种磁场的相互作用产生了磁力，从而传输动力和扭矩。
2. 磁力传动系统的应用领域磁力传动系统在许多各行各业的领域中都有广泛的应用。
特殊环境和高温条件下常见的应用领域包括但不限于以下几个方面：2.1 深海探测深海探测是一个极端环境下的任务，需要传动系统具备高强度、耐腐蚀和可靠性等特点。
磁力传动系统可以克服水压和海底腐蚀等问题，在深海条件下保证传动效果的稳定性。
2.2 火力发电厂火力发电厂中的高温和恶劣的环境条件对传动系统提出了很高的要求。
磁力传动系统可以利用磁力无接触的特性，避免摩擦和磨损，减少维护和故障率。
2.3 航空航天航空航天领域对于传动系统的要求是非常苛刻的。
磁力传动系统在航空航天中可以减轻重量、提高传动效率，并且能够在高温和低温环境下正常工作。
3. 在特殊环境和高温条件下实现传动的创新解决方案为了满足特殊环境和高温条件下的传动需求，磁力传动系统的创新解决方案逐渐发展起来。
3.1 磁流变液传动系统磁流变液传动系统利用磁流变效应来调节传动效果。
磁流变液是一种特殊的流体，在受到磁场作用时，可以迅速改变黏度和流动特性。
这种传动系统可以通过改变磁场的强度和方向来实现传动效果的调节，适应不同环境下的传动需求。
3.2 超导磁力传动系统超导磁力传动系统利用超导材料的特殊性质来实现传动。
超导材料在低温下可以表现出无电阻的电导性，同时具有强磁性。
磁力耦合 传动 原理
磁力耦合传动原理Magna Drive 磁力耦合器美国Magna Drive 磁力耦合驱动技术在1999年获得了突破性的进展。
该驱动方式解决了旋转负载系统的轴心对中、软启动、减振、调速、及过载保护等问题，并且使磁力驱动的传动效率大大提高，可达到98.5%.该技术现已在各行各业获得了广泛的应用并且对传统的传动技术带来了崭新的概念，在传动领域引起一场新的革命。
美国海军经过两年多的验证，在2004年3月，该产品成功通过了美国海军最严格的9-G抗震试验，美国海军对该技术产品实现了批量采购。
1、涡流式磁力耦合工作原理Magna Drive磁力耦合调速驱动是通过导磁体和永磁体之间的气隙实现由电动机到负载的扭矩传输。
该技术实现了电动机和负载侧没有机械联接。
其工作原理是一端稀有金属氧化物硼铁钕永磁体和另一端感应磁场相互作用产生扭矩，通过调节永磁体和导磁体之间的气隙就可以控制传递的扭矩，从而实现负载速度调节。
Magna Drive磁力耦合调速驱动器主要由铜转子、永磁转子和控制器三部分组成。
铜转子固定在电动机轴上，永磁转子固定在负载转轴上，铜转子和永磁转子之间有间隙（称为气隙）。
这样电动机和负载由原来的机械联接转变为磁联接，通过调节永磁体和导磁体之间的气隙就可实现负载轴上的输出扭矩变化，从而实现负载转速变化。
由上面的分析可以知道，通过调整气隙可以获得可调整的、可控制的、可重复的负载转速。
磁感应是通过磁体和导体之间的相对运动产生。
也就是说，磁力耦合调速驱动器的输出转速始终都比输入转速小，转速差称为滑差。
通常在电动机满转时，Magna Drive ASD(大功率调速型磁力耦合器（ASD）)的滑差在1%--4%之间。
通过Magna Drive ASD输入扭矩总是等于输出扭矩，因此电动机只需要产生负载所需要的扭矩。
Magna Drive ASD传输能量和控制速度的能力不受电动机轴和负载轴之间由于安装未对准原因而产生的小角度或者小偏移的影响，排除了未对准而产生的振动问题。
磁力传动齿轮泵结构设计及分析
磁力传动齿轮泵结构设计及分析磁力传动齿轮泵是一种液压传动机构，具有效率高、结构紧凑、控制灵活等优点，可以满足多种用途，与其它动力转换机构相比，磁力传动齿轮泵更受欢迎。
磁力传动齿轮泵结构设计是决定磁力传动齿轮泵性能的重要因素，因此本文将从磁力传动齿轮泵结构的设计及其分析入手，探究它的各个结构部件的设计原理，并进行相应的应用与分析。
首先，磁力传动齿轮泵的结构设计主要包括电机、磁轭、齿轮组、驱动轴、轴承、密封和壳体等部分。
磁力传动齿轮泵的电机是提供动力的重要组成部分，它的选择应考虑检修便利、节电等因素。
磁轭是实现电动机零件的传动的连接件，与电机组成实现传动的装置。
齿轮组则是实现机械输出的重要环节，在结构设计时，需要考虑齿轮的精度、耐磨性能等问题。
驱动轴是连接电机与齿轮组的重要元件，设计时应充分考虑它的材料、轴径和强度等要求。
轴承是实现驱动轴旋转的结构部件，它受负载和摩擦力的影响，并且需要考虑轴承的轴向定位、安装和润滑等要求。
密封是防止泄漏的重要元件，主要包括机械密封和机械密封，在设计时应考虑泄漏量、工作温度范围等问题。
壳体是机械传输系统的外壳，用于安装其它组件，并保证正常工作，壳体的材料及外形设计等都是在结构设计中要考虑的重要因素。
磁力传动齿轮泵的结构设计完成后，就需要进行性能分析。
包括驱动性能、输出转矩、介质流量、噪音以及温度特性等方面。
驱动性能主要是指电动机的转矩、准确度和负载响应特性，都会直接影响磁力传动齿轮泵的性能。
输出转矩原则上受驱动轴的负载及转速的限制，要求转矩足够大以保证良好的传动效率。
介质流量是指磁力传动齿轮泵所提供的介质流速，它是由流量特性曲线来表征，与输出转矩密切相关。
噪音是磁力传动齿轮泵不可忽视的参数，它取决于电机、齿轮组等元件的精度和表面精度，因此在设计时要求尽可能低。
最后是温度特性，即磁力传动齿轮泵各部件在实际工作时所产生的热量，要确保磁力传动齿轮泵的温度控制在允许范围内。
以上就是磁力传动齿轮泵结构设计及分析的全部内容。