基于试验的磁力耦合调速器传动特性分析
磁力传动系统的设计分析
磁力传动系统的设计分析随着科技的不断进步和发展，传动方式也不断变化和创新，其中磁力传动系统作为一种新型的传动方式在工业制造领域中得到了广泛的应用。
磁力传动系统作为一种取代机械传动的高效传动方式，具有无接触、无磨损、高效节能等优点，非常适合一些高精度、高负载、高速度的应用场合。
磁力传动系统可以采用不同的材料和结构设计，不同的设计方案对磁力传动系统的传动效率、输出扭矩、稳定性等方面都有着至关重要的影响。
本文将对磁力传动系统的设计进行分析和探讨。
一、磁力传动系统的基本原理磁力传动系统由两种磁性物质之间的相互作用产生运动而完成传动。
其中磁场产生的磁力是磁力传动系统的主要驱动力，两种不同磁性材料之间的相互作用可以产生磁力作用力，从而控制转子的转动。
通常磁力传动系统分为静态磁力传动和动态磁力传动两种形式，静态磁力传动是指在磁场作用下，转子位置保持不变；动态磁力传动是指转子在随时随地的磁场作用下，可以得到稳定运动。
在通常的磁力传动系统设计中，常用的磁性材料为永磁体全硬磁石和电磁铁线圈，磁量的大小决定了磁力的强弱，磁布局的特点决定了磁力的稳定和反响特性。
二、磁力传动系统的设计要素磁力传动系统的设计要素从静态和动态两个方面进行设计。
其中，静态方面主要包括永磁体磁场的分布、磁路的设计和空气隙的大小；动态方面主要包括线圈电流的设计、线圈间隔和电极间距的大小。
静态设计的主要目的是提高磁力传递的效率和负载能力，确保高品质的闭环磁路来实现传递到机械系统的转矩；动态方面的设计为了保证运动的质量，尤其是保证平稳和控制的运动速度。
磁力传动系统的设计还包括稳态和瞬态两个方面，其中稳态的处理主要关注系统的静态响应和无阻尼自由度的影响，而瞬态的分析则关注系统的响应行为和动态特性。
因此，在磁场布局的设计时，不同的磁路参数、不同的线圈间距与电极间距搭配都将对磁力传动系统的稳定性和运动特性产生影响。
三、磁力传动系统的优化研究磁力传动系统的稳定性和准确性是其优化的主要方向。
(完整word版)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。
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。
一种通用的机电耦合传动特性分析方法
一种通用的机电耦合传动特性分析方法机电耦合传动是指机械传动系统与电力传动或电机驱动系统相结合的一种传动方式。
在机械制造与控制领域中广泛应用，如自动化生产线、机床、自动化装配线、风力发电等传动控制领域。
为了满足传动系统的设计需求，需要对机电耦合传动的特性进行分析和研究。
本文将介绍一种通用的机电耦合传动特性分析方法。
一、机电耦合传动特性简介机电耦合传动是机械传动系统与电气传动系统相结合的一种传动方式。
传动系统一般由机械机构、电机、变速器、离合器、传感器等组成。
机械机构中包括各种轴、齿轮、传动带、链条等传动组成部分。
电机则可以是交流电机、直流电机、步进电机等。
变速器主要用于调节转速，离合器则用于起动和停止。
机电耦合传动特点主要包括传动效率高、结构简单、控制灵活、可靠性高等。
在实际应用中最常见的应用包括风力发电、自动化装配线、机床等。
机电耦合传动的动力学特性和空气动力学特性具有很大的不确定性和时变性，因此需要对其特性进行分析和研究。
二、机电耦合传动特性分析方法1.建立系统模型将机电耦合传动系统看作一个整体，采用传统的机械系统动力学模型方法、电路模型方法和控制系统方法，在建模过程中需充分考虑机械特性、电气特性和控制特性。
2.确定控制模式机电耦合传动系统的控制模式根据实际应用场景进行选择，常见的控制模式包括速度控制、扭矩控制、位置控制和力控制等。
3.计算动力学参数在建立系统模型的基础上，根据所选控制模式，计算出机电耦合传动系统的动力学参数，包括静态和动态特性参数等。
4.分析特性和性能通过计算出的动力学参数，进行机电耦合传动特性的分析和性能研究，包括转矩、转速、功率、效率、摩擦、振动等方面的研究。
5.优化设计根据分析结果，重新设计机电耦合传动系统，优化系统的性能和特性，并提高系统稳定性和可靠性。
三、结论机电耦合传动是一种重要的传动方式，其特性具有不确定性和时变性。
采用本文提出的机电耦合传动特性分析方法，可以有效的进行传动特性和性能的分析和研究，优化系统设计，提高系统稳定性和可靠性，为机电耦合传动系统的实际应用提供良好的技术保障。
套筒式永磁调速器磁热耦合分析及退磁特性研究
第38卷第6期2023年12月安 徽 工 程 大 学 学 报J o u r n a l o fA n h u i P o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y V o l .38N o .6D e c .2023文章编号:1672-2477(2023)06-0047-08收稿日期2023-01-14基金项目:安徽省高校优秀青年骨干人才国外访学研修项目(g x g w f x 2021035);安徽省技术创新中心项目(2020A J 06001);安徽工程大学-鸠江区产业协同创新专项基金资助项目(2022c y x t b 4,2022c yx t b 6)作者简介:朱永隆(1997-),男,安徽合肥人,硕士研究生㊂通信作者:王 海(1976-),男,安徽马鞍山人,教授,博士㊂套筒式永磁调速器磁热耦合分析及退磁特性研究朱永隆1,2,王 海1,2*,杨春来1,2,王 雷1,2,桂劲松3,谭铁龙4(1.安徽工程大学机械工程学院,安徽芜湖 241000;2.安徽省先进数控和伺服驱动实验室,安徽芜湖 241000;3.芜湖锐龙机器人科技公司研发部,安徽芜湖 241000;4.芜湖柯埔智能装备有限公司研发部,安徽芜湖 241000)摘要:为研究套筒式永磁调速器零部件温升特性对其传动性能的影响,本文运用磁热双向耦合的方法对套筒式永磁调速器在运行时的温度场进行数值仿真分析,并在此基础上分析了永磁体温升退磁效应对永磁调速器传动性能的影响,最后搭建试验平台进行实验验证㊂分析结果表明,当N 48S H 永磁体温度由20℃上升至140℃时,永磁调速器的输出转矩下降了29.09%,解释了永磁调速器的温升特性与系统传动性能之间的联系,为套筒式永磁调速器的优化设计和性能预测奠定了基础㊂关 键 词:套筒式永磁调速器;磁热耦合;退磁效应;输出转矩中图分类号:T H 139 文献标志码:A永磁调速器作为一种新型传动调速设备,与传统调速设备(液力耦合器㊁变频器)相比,具有结构简单㊁无机械连接(隔振㊁降噪)㊁软起动㊁过载保护㊁安装对中性要求低等优点,现已广泛应用于大功率负载工业设备(循环水泵㊁风机等)[1-4]㊂近年来,随着节能减排的理念受到工业生产者的青睐,永磁调速技术被国内外学者深入研究㊂于林鑫等[5]针对永磁调速器各部件电磁损耗的相关问题,分析计算了铜盘损耗㊁永磁体涡流损耗对永磁调速器输出转矩的影响㊂李范成等[6]针对盘式永磁调速器进行了磁热单向耦合分析,研究其结构参数对永磁调速器的转矩和温度的影响㊂郭兰中等[7]针对筒式永磁调速器长时间运转发热问题,设计了散热片结构,仿真结果显示显著降低了铜环和永磁体的最高温度㊂W a n g 等[8]提出一种混合式磁力耦合器,建立耦合器总涡流损耗数学模型,利用磁热单向耦合方法分析温度分布,并搭建样机平台加以验证,其输出效率提高了1.2%㊂杜羽寅等[9]采用H a l b a c h 充磁分析永磁体长度㊁内外磁体间隙㊁磁极对数对永磁调速器传递最大转矩的影响进行分析㊂C h e n g 等[10]采用简化等效磁路法对轴向永磁调速器的输出转矩进行理论推导,得出影响输出转矩的关键因素㊂J u l i e n 等[11]为提高轴向永磁涡流耦合器的传递转矩,通过粒子群算法优化永磁体体积,并考虑传动过程中的热效应㊂Z h e n g 等[12]对轴向永磁调速器进行三维磁场解析建模,计算出铜环涡流损耗,并预测不同负载下对于铜环温升的影响㊂M o 等[13]针对永磁体温升退磁对聚磁型永磁电机传动特性的影响进行了有限元分析,并为永磁体优化设计及聚磁型永磁电机量产提供参考㊂然而,上述研究主要针对的是磁热单向耦合的方法,即将电磁场分析得出的损耗结果导入到温度场进行计算,却忽略了温度场对磁场也会产生影响㊂通过改变结构参数提高传递转矩,却忽略长期运转过程中温升永磁体退磁致使传递转矩降低的情况㊂本文通过磁热双向耦合的方法,考虑温升对永磁体㊁铜环的电导率变化的影响,结合永磁体温升退磁特性,对于不同温度下输出转矩进行分析,最后搭建试验样机测试平台对磁热双向耦合结果进行分析验证㊂1 套筒式永磁调速器结构原理1.1 套筒式永磁调速器结构套筒式永磁调速器的结构如图1所示㊂套筒式永磁调速器主要是由铜环和导体筒组成的导体转子以图1 套筒式永磁调速器结构示意图及永磁体和永磁托盘组成的永磁转子构成㊂其中调速器导体转子与电机的输入轴相连,永磁转子与负载端相连㊂因上述套筒式永磁调速器中导体转子与永磁转子相互之间无接触,各自随旋转轴独立转动,因此在安装过程中允许一定的对中误差㊂1.2 工作原理套筒式永磁调速器的工作原理:当与调速器输入轴相连的电机运转时,带动与电机端相连的导体转子旋转㊂旋转的导体切割永磁转子所产生的磁场,导致导体转子内的铜环产生感应涡流㊂此感应涡流产生的旋转磁场的方向与导体转子的方向一致㊂上述旋转磁场产生的洛伦兹力将带动与负载相连的永磁转子跟随导体转子转动㊂要产生带动永磁转子的洛伦兹力,则导体转子与永磁转子之间必须存在相对运动,因此永磁调速器的输入轴和输出轴之间始终存在转速差㊂ 图2 套筒式永磁调速器调速原理套筒式永磁调速器的调速原理如图2所示㊂永磁调速器的输出转矩与导体转子和永磁转子之间的有效啮合面积有关,因此通过改变啮合面积即可实现对输入转速和输出转速的调节㊂上述调速过程操作简单易行,且可实现无极调速㊂由于导体转子和永磁转子之间并无机械连接,因此当永磁转子外接的负载出现过载现象时,无需切断电源,只需将永磁转子与导体转子脱开即可㊂2 套筒式永磁调速器磁热分析因套筒式永磁调速器在实际运转过程中,铜环切割永磁体产生的磁感应线,致使铜环内部产生感应涡流㊂根据能量守恒原理,在忽略机械摩擦损耗的前提下,涡流损耗作为系统主要损耗的根源,而涡流损耗会产生热量㊂因此对套筒式永磁调速器磁热进行分析是避免永磁体退磁故障不可或缺的一环㊂本文采用A N S Y S 有限元软件对套筒式永磁调速器的磁热特性进行仿真分析㊂仿真的初始条件:输入转速为1000r /m i n ,输出转速调节至900r /m i n ,然后对导体转子和永磁转子之间的有效开度分别为25%㊁50%㊁75%和100%下的导体内部铜环的感应涡流的损耗特性进行数值仿真分析㊂2.1 套筒式永磁调速器三维建模及网格剖分套筒式永磁调速器的零部件组成主要有导体转子㊁铜环㊁永磁体㊁永磁转子㊂永磁体镶嵌于永磁转子上㊂套筒式永磁调速器结构参数如表1所示,有限元分析模型如图3所示㊂套筒式永磁调速器零部件中的导体转子与永磁转子材料选用S t e e l _1008m ,永磁体钕铁硼选用N 48S H ,其中材料特性如表2所示㊂表1 筒式永磁涡流调速器几何模型参数参数数值/mm永磁体托盘内径52.5永磁体托盘外径175铜环内径210导体筒外径230铜环厚度6永磁体尺寸w 2×a ×h 21120×25×30图3 套筒式永磁调速器有限元分析模型㊃84㊃安 徽 工 程 大 学 学 报第38卷图4 套筒式永磁调速器网格剖分示意图表2 材料特性参数材料S t e e l _1008N 48S H C o p p e r 密度(g/c m 3)7.857.48.96杨氏模量(G P a)21015090泊松比0.250.240.3网格质量的优劣影响永磁调速器有限元仿真计算的准确性㊂而对于零部件铜环来说,铜环上产生的感应涡流对永磁调速器传递输出转矩至关重要㊂所以对铜环及永磁体进行精细网格处理,控制零部件网格的最大单元尺寸㊂而仿真模型外部的求解域R e g i o n 对求解的结果影响不大,考虑其计算时间的因素,对于求解域R e g i o n 部分的网格定义比实际参与计算的部分设置得稍微粗略一些㊂具体网格单元尺寸设置值如表3所示㊂如图4所示,套筒式永磁调速器的网格划分后的平均质量均在0.3以上,以确保仿真过程中的收敛㊂表3 零部件网格单元尺寸零部件名称永磁体铜环导体筒㊁永磁体托盘B a n d 域R e gi o n 域最大单元尺寸/mm34525602.2 套筒式永磁调速器温度场参数确定为简化物理模型,在仿真时忽略永磁调速器内部的机械损耗,只考虑导体转子内部的铜环的涡流生热效应㊂为得出套筒式永磁调速器在实际工况下的温度场分布,对于各零部件的热参数进行确定㊂(1)热流密度的确定㊂永磁调速器的主要功率损耗为导体转子上扼铁和铜环的涡流损耗以及永磁体的涡流损耗㊂由于导体筒上扼铁及永磁体产生的涡流损耗之和远小于铜环上的涡流损耗[3-4],因此在数值仿真时忽略扼铁及永磁体单位涡流损耗㊂铜环内部的涡流损耗可用式(1)计算:q =P L o s sV㊂(1)(2)导热系数的确定㊂永磁调速器导热主要存在于铜环与导体筒之间以及永磁体和永磁体托盘之间,各零部件之间导热系数如表4所示㊂(3)散热系数的确定㊂永磁调速器的散热主要是导体转子与永磁转子旋转引起的空气对流,因此空气作为冷却介质,再忽略永磁调速器表面细微零部件(螺栓㊁过渡圆角等)的影响,可以默认永磁调速器的各个零部件的散热系数只和空气流动的速度有关㊂根据机械设计相关经验公式[11-12],可得永磁调速器的散热系数为:a =a 01+()k v ㊂(2)表4 永磁调速器各零部件的温度属性参数零部件铜环永磁体导体筒空气永磁体托盘导热系数w /m ㊃()k 387.61216.270.024216.27密度k g/m ()38978750080301.2258030比热容[J /(k g㊃℃)]381501.6502.51006.43502.52.3 电磁-热双向耦合分析流程套筒式永磁调速器的电磁-热耦合分析流程如图5所示㊂将电磁场中铜环中涡流损耗结果导入温度场,设置对应的热参数,并添加反馈,实现数据的双向传递㊂将电磁场中的永磁体㊁铜环的电导率修改成随温升变化的函数㊂最后进行求解,反复迭代,直至达到收敛㊂在A N S Y S -W o r k b e n c h 中,激活永磁体温升特性,将永磁体的磁导率以及铜环的电导率定义为随温升变化的函数[6-8]㊂3 结果分析3.1 电磁场涡流损耗与输出功率分析保持输入转速为1000r /m i n ,调节25%㊁50%㊁75%及100%开度下的输出转速为600~950r /m i n(即㊃94㊃第6期朱永隆,等:套筒式永磁调速器磁热耦合分析及退磁特性研究图5 磁热双向耦合流程图转差率为0.05~0.4)时的平均涡流损耗如图6所示㊂从图6可知,相同开度下铜环涡流损耗随着转差率的增大而增大㊂转差率相同时,涡流损耗随着开度的增大而增大㊂转差率为0.4时,100%开度下铜环涡流损耗相比较于75%㊁50%㊁25%开度分别提高了20.36%㊁50.47%㊁76.84%㊂本文所考虑的套筒式永磁调速器连接的负载是恒转矩设备,若T 1为输入转矩,T 2为输出转矩,则有:T 1=T 2,(3)η=P 2P 1=T 2n 2/9.55T 1n 1/9.55=n 2n 1=1-s ,(4)式中,P 1㊁P 2分别为输入功率和输出功率,单位k W ;n 1㊁n 2分别为输入转速(导体转子转速)与输出转速(永磁转子转速),单位r /m i n ;s 为转差率㊂图6 不同工况下涡流损耗输入功率P 1与损耗功率ΔP 的关系:P 1=ΔP 1-η=ΔP s,(5)输入功率P 2和输出转矩T 2的关系:P 2=P 1η=ΔP 1-()S S,(6)根据式(6)以及图6中的涡流损耗值可得出套筒式永磁调速器在不同转差率㊁不同啮合面积下的输出功率,如图7所示㊂由图7可知,当套筒式永磁调速器开度保持恒定时,其输出功率随着转差率的增加呈现先增大后减小的趋势,并在转差率为0.15时达到峰值㊂这是因为随着导体转子与永磁转子之间的转速差增 图7 不同工况下输出功率大,由于能量守恒原理,其中一部分转化成热量㊂3.2 温度场分析保持永磁调速器输入转速为1000r /m i n ,然后调节输出转速至800r /m i n ,在25%㊁50%㊁75%㊁100%开度下,环境温度设定为20℃㊂图8为25%开度下套筒式永磁调速器各零部件温升云图㊂由图8可知,永磁体上的温度呈现对称分布,其中温度最高区域位于与导体转子铜环有效啮合区域,并由有效啮合区域沿着轴向方向递减,这是由于有效啮合区域散热较差㊂铜环作为发热源,铜环最高温度区域位于与永磁转子有效啮合区域,集中于端部㊂对比不同开度下,转差率为0.2时套筒式永磁调速器各零部件温升如图9所示㊂随着开度的增加,永磁体和铜环温度随之升高㊂100%开度下,铜环平均温度为67.63℃,永磁体平均温度为61.19℃㊂铜环平均温度相较于永磁体高出9.52%㊂㊃05㊃安 徽 工 程 大 学 学 报第38卷图8 25%开度下零部件温度云图分布图9不同开度下零部件温升图10 N 48S H 永磁体不同温度下退磁曲线3.3 永磁体温升退磁分析永磁体的磁性能对于永磁调速器传动特性有很大影响,永磁体的温度上升,其内部的磁区的局域磁畴的磁化方向会出现错位现象,进而造成永磁体周围的磁通密度和磁场强度变弱,最终引起永磁调速器的输出转矩变小㊂N 48S H 永磁体在不同温度下的退磁曲线如图10所示㊂永磁体N d F e B 的B -H 曲线的线性部分矫顽力H c 和永磁体的剩磁随温度线性变化可表示为:B r ()t =1+T P M -T ()0a B r éëêêùûúú1001-I L æèçöø÷100B r 0,(7)H c ()t =1+T P M -T ()0a H c j éëêêùûúú1001-I L æèçöø÷100H c 0,(8)式中,B r o 和H c 0为环境温度T 0时的剩磁密度和矫顽力;a B r 和a H c j 为B r 和H c 的可逆温度系数,单位是%/℃;I L 为B r 的不可逆损失率;T P M 为永磁体的工作温度,单位是℃㊂永磁体的温度对永磁体电导率的影响可表示为:σm =106c T P M +d,(9)式中,c 和d 是常数;T P M为永磁体的工作温度,单位℃㊂温度升高直接影响套筒式永磁调速器的铜环损耗,其温度变化会影响铜环的电阻率,可表示为:ρc u =ρ01+αT -T ()()0,(10)式中,ρc u 和ρ0分别为环境温度T 0和工作温度T ()℃时的铜环电阻率,α为铜环电阻率的温度系数㊂考虑N 48S H 永磁体安全温度在150℃以内,对比不同温升下永磁体退磁对传动特性的影响如图11所示㊂由图11可知,随着温度升高,永磁调速器输出转矩会降低㊂其平均输出转矩如表5所示㊂由表5㊃15㊃第6期朱永隆,等:套筒式永磁调速器磁热耦合分析及退磁特性研究图11 不同温度下的输出转矩可知,140℃下的平均输出转矩相较于20℃降低了29.09%,120℃下的平均输出转矩相较于20℃下降了20.37%,100℃下的平均输出转矩相较于20℃下降了15.45%,80℃下的平均输出转矩相较于20℃下降了10.23%,60℃下的平均输出转矩相较于20℃下降了8.38%㊂4 试验分析4.1 试验样机的搭建为了进一步验证上述有限元仿真分析的可靠性,结合实际工况,搭建套筒式永磁涡流调速器的样机实验平台与仿真数据结果进行对比㊂该样机实验平台有Y E 2-200L -4三相异步电动机为其样机提供动力源,采用与负载端永磁转子相连的澳托克I K T M 1000电动执行机构进行啮合面积调节,选用优测瑞公司Y C R 15A C 型号测温探头,以及S A /C -A 0温度信号采集仪对套筒式永磁调速器温度变化情况进行记录㊂并通过移动测温探头的位置对于零部件中的温度进行收集记录㊂转矩数据采用转速转矩传感器进行记录采样㊂其中电机的额定功率为30k W ,额定转速为1470r /m i n ,额定电流为56.8A ㊂具体如图12所示㊂表5 不同温度下平均输出转矩温度/℃206080100120140平均转矩(N ㊃m )138.42126.81124.26117.04110.2298.15图12 样机实验平台4.2 温升求解验证永磁调速器传动特性的重要衡量指标在于零部件的温升特性㊂利用磁热双向耦合计算出零部件温度与实验所得的转矩进行对比,结果如表6所示㊂由表6可知,输入转速在1000r /m i n 时,调节25%㊁50%㊁75%及100%开度下的输出转速为800r /m i n (即转差率为0.2),零部件温度仿真值㊁实验值对比结果误差均在5%以内㊂由图13实验温升对比结果可知,恒定转差率下,随着开度增加,铜环㊁永磁体温度随之增加㊂100%开度㊁转差率为0.2时,铜环和永磁体平均温度达到最高,最高温度分别为67.62℃㊁70.21℃㊂发热源铜环在100%开度时的实验测得平均温度相比较于75%㊁50%及25%开度,平均温度分别提升了6.30%㊁19.84%及42.92%㊂4.3 温升退磁转矩求解验证对比100%开度时,不同温升下平均输出转矩如表7所示㊂由表7可知,实验测量值与仿真求解值误差均在5%以内,进一步验证温升退磁对传动特性影响的可靠性㊂平均输出转矩的对比结果如图14所示㊂由图14可知,随着温度升高,平均输出转矩随之降低㊂实验测得在100%开度下140℃㊁120℃㊁100℃相比于80℃,平均转矩分别下降了21.96%㊁11.09%以及7.2%㊂表6 不同开度下零部件温升对比零部件永磁体铜环25%50%75%100%25%50%75%100%仿真平均温度/℃30.9546.7857.0361.1938.8954.3463.3467.62试验温度/℃32.4848.1560.0263.4840.0756.2865.7870.21误差/%4.72.844.983.62.943.443.713.68㊃25㊃安 徽 工 程 大 学 学 报第38卷图13 零部件温升对比表7 不同温度下平均输出转矩对比温度/℃206080100120140仿真转矩/(N ㊃m )138.42126.81124.26117.04110.2298.15实验转矩(N ㊃m )145.54131.73129.72120.38115.33101.235 结论本文用磁热双向耦合方法对套筒式永磁调速器在传动过程中零部件的温升特性进行分析㊂当转差率恒定时,随着开度增加,零部件温升随之增加,并搭建实验样机平台对其验证,误差均控制在5%以内㊂此外对永磁体温升退磁进行仿真,永磁体在140℃下的平均输出转矩相较于20℃下降低了29.09%,120℃下的平均输出转矩相较于20℃下降了20.37%,80℃下的平均输出转矩相较于20℃下降了10.23%㊂这些为由于温升引起的永磁体退磁故障的预防提供了参考㊂图14 平均输出转矩对比参考文献:[1] 于秋海,任慧霞,陈宝寿,等.筒式永磁调速器在硫黄回收装置制硫燃烧炉鼓风机上的应用分析[J ].中外能源,2020,25(7):69-74.[2] 曹宇,李晓雪,汪爱明,等.筒式永磁涡流联轴器热磁耦合分析[J ].机械设计,2021,38(6):96-101.[3] Z HU YL ,WA N G H ,L IH N ,e t a l .T r a n s m i s s i o n p e r f o r m a n c eo f h a l b a c ha r r a y c y l i n d r i c a l p e r m a n e n tm a g n e t g o v e r -n o r [J ].E l e c t r o n i c sN e w s w e e k l y ,2023,12(5):34-35.[4] WA N GL ,J I AZY ,Z HA N GL .I n v e s t i g a t i o no n t h e a c c u r a t e c a l c u l a t i o no f t h e t e m p e r a t u r e f i e l do f p e r m a n e n tm a g n e t g o v e r n o r a n d t h e o p t i m i z a t i o nm e t h o do f h e a t c o n d u c t i o n [J ].C a s eS t u d i e s i nT h e r m a l E n g i n e e r i n g,2019,13:121-137.[5] 于林鑫,王大志,李硕,等.高效永磁调速器的损耗计算与分析[J ].东北大学学报(自然科学版),2017,38(11):1524-1529.[6] 李范成,石成江.盘式永磁调速器电磁-热耦合仿真分析[J ].煤矿机械,2020,41(5):196-198.[7] 郭兰中,姚腾,李新勇,等.基于磁热耦合仿真的筒式永磁调速器散热研究[J ].机械制造与自动化,2020,49(2):146-149.[8] WA N GS ,G U O YC ,C H E N G G ,e t a l .P e r f o r m a n c e s t u d y o f h y b r i d m a g n e t i c c o u p l e rb a s e do n m a g n e t o t h e r m a l c o u -p l e da n a l y s i s [J ].E n e r gi e s ,2017,10(8):1148.[9] 杜羽寅,薛俊强,陈金鹏,等.水下推进器H a l b a c h 磁耦合的结构研究[J /O L ].中国机械工程,2022,11:1-8[2022-09-㊃35㊃第6期朱永隆,等:套筒式永磁调速器磁热耦合分析及退磁特性研究㊃45㊃安 徽 工 程 大 学 学 报第38卷26].h t t p://k n s.c n k i.n e t/k c m s/d e t a i l/42.1294.T H.20220923.1258.006.h t m l.[10]C H E N GXK,L I U W,Z HA N GY,e t a l.Ac o n c i s e t r a n s m i t t e d t o r q u e c a l c u l a t i o nm e t h o d f o r p r e-d e s i g n o f a x i a l p e r m a-n e n tm a g n e t i c c o u p l e r[J].I E E ET r a n s a c t i o n s o nE n e r g y C o n v e r s i o n,2020,10:2963713.[11]J U L I E NF,L U B I N T,M E Z A N I S,e t a l.D e s i g no p t i m i z a t i o no f a n a x i a l-f i e l d e d d y-c u r r e n tm a g n e t i c c o u p l i n g b a s e do nm a g n e t o-t h e r m a l a n a l y t i c a lm o d e l[J].O p e nP h y s i c s,2018,16(1):21-26.[12]Z H E N GD,WA N G D,L IS,e t a l.E d d y c u r r e n t l o s sc a l c u l a t i o na n dt h e r m a l a n a l y s i so f a x i a l-f l u x p e r m a n e n tm a g n e tc o u p l e r s[J].A I PAd v a n ce s,2017,7(2):025117.[13]MO L,Z H E N G G,Z HA N GT,e t a l.M u l t i-l e v e l o p t i m i z a t i o nd e s i g n f o r a f l u x-c o n c e n t r a t i n gp e r m a n e n t-m a g n e t b r u s h-l e s sm a c h i n e c o n s i d e r i n g P M d e m a g n e t i z a t i o n l i m i t a t i o n[J].I E E ET r a n s a c t i o n s o n M a g n e t i c s,2020,6(3):99-107.[14]上官璇峰,蒋思远,周敬乐,等.双转子双鼠笼永磁感应电机三维全域温度场分析[J].电机与控制学报,2018,22(11):58-66.[15]K O N G Y,L I N M,Y I N M,e t a l.R o t o r s t r u c t u r eo nr e d u c i n g d e m a g n e t i z a t i o no fm a g n e t a n dt o r q u e r i p p l e i naP M a-s y n R M w i t h f e r r i t e p e r m a n e n tm a g n e t[J].I E E ET r a n s a c t i o n s o n M a g n e t i c s,2018,54(11):1-5.[16]A L MA N D O ZG,G OM E Z I,G A I Z K A U,e t a l.S t u d y o f d e m a g n e t i z a t i o nr i s k i nP M m a c h i n e s[J].I E E E T r a n s a c t i o n so n I n d u s t r y A p p l i c a t i o n s,2019,55(4):273-286.[17]肖勇,陈彬,李霞,等.永磁辅助同步磁阻电机退磁仿真分析[J].微特电机,2021,49(7):9-13.D e m a g n e t i c i z a t i o nC h a r a c t e r i s t i c s a n dM a g n e t o-t h e r m a l C o u p l i n gS t u d y o fAC y l i n d r i c a l P e r m a n e n tM a g n e tG o v e r n o rZ HU Y o n g l o n g1,2,WA N G H a i1,2*,Y A N GC h u n l a i1,2,WA N GL e i1,2,G U I J i n g s o n g3,T A N T i e l o n g4(1.S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,A n h u i P o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,W u h u241000,C h i n a;2.K e y L a b o r a t o r y E l e c t r i cD r i v e a n dC o n t r o l o fA n h u i P r o v i n c e,A n h u i P o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y,W u h u241000,C h i n a;3.R&Dd e p a r t m e n t,W u h uR y z e nR o b o tT e c h n o l o g y C o.,L t d,W u h u241000,C h i n a;4.R&Dd e p a r t m e n t,W u h uK e p u I n t e l l i g e n tE q u i p m e n tC o.,L t d,W u h u241000,C h i n a)A b s t r a c t:I no r d e r t o e x a m i n e t h e i n f l u e n c e o f t h e t h e r m a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e c y l i n d e r-p e r m a n e n tm a g-n e t g o v e r n o r(C P MG)o nt r a n s m i s s i o n p e r f o r m a n c e,a ne l e c t r o m a g n e t i c-t h e r m a lb i-d i r e c t i o n a l c o u p l i n g s i m u l a t i o no fC P MGi sc a r r i e do u t.T h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o no fC P MG a n dt h ed e m a g n e t i z a t i o n e f f e c t d u e t o t h e t e m p e r a t u r e r i s i n g i s d i s c u s s e d t h r o u g hn u m e r i c a l s i m u l a t i o n i nA N S Y S,a n dv a l i d a t e d i ne x p e r i m e n t a l t e s t s.R e s u l t s s h o wt h a t,w h e nt h e t e m p e r a t u r eo fC P MGi n c r e a s e s f r o m20t o140℃, t h e o u t p u t t o r q u e i s r e d u c e db y29.09%,w h i c h p r o v i d e s ab a s i s f o r t h e d e s i g na n d p r e d i c t i o no f o p t i m a l p e r f o r m a n c e o fC P MG.K e y w o r d s:C P MG;e l e c t r o m a g n e t i c-t h e r m a l c o u p l i n g;d e m a g n e t i z a t i o ne f f e c t;o u t p u t t o r q u e。
磁力耦合减速器
磁力耦合减速器是一种新型的动力传输装置，具有高效、稳定、安全等优点，主要应用于化工、制药、食品等行业的搅拌设备、反应釜、输送机等机械设备中。
本文将从的工作原理、特点、应用领域等多个方面进行介绍。
一、工作原理是通过磁场的相互作用来实现动力传递的，它由外转子、内转子、定子组成。
外转子通常直接安装在电机轴上，内转子则和机器设备轴相连。
两个转子之间通过磁场作用力实现了动力传递，可以有效地避免机械部件间的摩擦和磨损。
当电机通过外转子传递功率至内转子时，其会产生一定的磁场，这个磁场是通过电磁线圈产生的。
内转子以定子为基准旋转时，同时在内转子轴上的磁铁也随之旋转，使得磁力线在内外转子间形成连续的传递路径，从而实现了传递功率。
当内转子发生故障或过载时，会通过内转子轴上的磁斥作用停止转动，从而避免机械设备损坏。
二、特点1.无接触传动是通过磁力传递能量而非机械传输，因此可以避免传统齿轮、皮带传动带来的摩擦和磨损，延长了机械设备的使用寿命。
2.高效节能由于磁力传递无需润滑和降噪措施，因此可以大幅度减少机械产生的摩擦和热量，从而提高传递效率，降低能源消耗。
3.安全可靠内部采用双重密封结构，使得磁力传递的过程实现了隔离。
在运转中，内、外转子始终保持隔离状态，因此不会产生摩擦、磨损或者泄露等危险。
4.调速范围广可以实现宽范围的调速功能，通过调整电机工作电流可以达到不同的转速，适应不同机械设备的需求。
5.维护成本低内部无需润滑、维修和更换零部件，因此其维护成本很低，可以有效地降低设备运行成本。
三、应用领域尤其适用于化工、制药、食品等行业的搅拌设备、反应釜、输送机等机械设备中。
由于这些设备通常在高温、高压环境下运行，使用传统的齿轮、皮带传动设备容易受到热膨胀、瞬间冲击等机械力的影响，容易损坏或者起火爆炸等事故，因此的应用可以避免由于机械力引起的危险。
此外，的设计原理也可以应用于其他领域，例如泵、风机、压缩机等电动机驱动设备中，可以实现无油、无磨损的传动效果，增强设备的运行可靠性。
浅谈磁力耦合器调速
浅谈磁力耦合器调速作者：许新军李俊卿来源：《中国科技博览》2014年第05期[摘要] 国内的电机的调速方式一般都是依靠变频器来实现的，变频器的工作环境要求很高，参数设置复杂，维修困难给变频器的用户带来了很多的不便利。
变频调速技术依然存在一些迫切需要解决的问题。
为增强调速的稳定性、可靠性、安全性，同时降低运营成本，提出磁力耦合器应用到电动机调速中去，实现电动机调速平滑过渡，进而达到优化配置整个电力系统，对其进行深入研究具有重要的理论意义。
本文从论述了磁力耦合器来实现调速，分别与变频器经济性、稳定性、可靠性进行对比，从而选择最佳的调速方式。
[关键词] 变频器磁力耦合器经济性可靠性中图分类号TM32 文献标识码A 文章首先，从经济性阐述随着自动化程度越来越高，变频器被广大的领域应用。
由于变频器安装环境的需求，所以使用的环境也带来了很大的限制。
变频器与设备之间电缆不能超过50米，很容易形成尖峰电压，造成设备的损坏并且对电网也有很大的污染。
通常消除变频的的尖峰电压是通过进线滤波电容、出口电抗器、尖峰电压吸收器来完成的。
以笔者的企业为例，锅炉引风机引用的高压变频器来调节锅炉引风机风量的大小的，由于厂区的地理环境限制，硫铵与灰库和变频器配电室距离不到50米。
硫铵的腐蚀性气体和粉尘对模块的电路板造成很大的损坏，再加上空水冷来降低IGBT的温度根本满足不了，造成了几次锅炉停车的事故，直接经济损失达到数千万。
为了改善变频器的温度和粉尘污染问题，不得不投入了空调和正压通风装置。
从上述的附属设施配电室、空调、正通风装置等，对用户又是一个不小的投资。
磁力耦合器是一个纯机械产品，没有工作环境的限制。
更适合于易燃易爆的环境，由于磁力耦合器是通过磁场传递扭转的传动装置。
电动机与负载转轴之间没有任何机械连接。
当电机转动时，导磁转子上的铜质导磁盘钻有稀土材料制成的永磁转子所产生的强磁场中切割磁力线，从而在到磁盘中产生涡流，强大的涡电流在导磁转子与永磁转子的相对运动。
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。
异步轴向磁力耦合器高转速下传输特性分析及试验研究
异步轴向磁力耦合器高转速下传输特性分析及试验研究李万杰;张国民;艾立旺;刘国乐;高智远【期刊名称】《机械传动》【年(卷),期】2018(42)10【摘要】磁力耦合器利用磁场耦合作用传输转矩,将刚性连接转换为非接触的软联接方式,具有软启动、减小振动、堵转保护、高可靠性等优点,被广泛应用于工业领域。
磁力耦合器还可应用于一些特殊场合,如超导飞轮储能系统,其具有省去电机定子冷却系统、真空腔完全动密封、实现长期储能的优点。
由于磁力耦合器在高转速下少有应用及研究,针对超导飞轮储能高转速应用研究了异步轴向磁力耦合器的传输特性。
采用传统的转速差仿真方法建立有限元模型,并计算了传输转矩、轴向力、气隙磁感应强度等性能参数,对关键部件的温升特性进行了仿真分析。
试制了原理样机,搭建了高转速传输特性测试平台。
在同步转速9 500 r/min下进行了试验。
通过与仿真结果比较,验证了常规建模方法的有效性。
对不同转速下的转矩传输特性进行试验对比,验证了异步轴向磁力耦合器高转速应用的可行性。
【总页数】6页(P130-135)【关键词】异步轴向磁力耦合器;有限元;传输特性;温升特性【作者】李万杰;张国民;艾立旺;刘国乐;高智远【作者单位】中国科学院电工研究所;中国科学院大学;中国科学院应用超导重点实验室;西安西电电气研究院有限责任公司【正文语种】中文【中图分类】TP393【相关文献】1.笼型异步磁力耦合器转矩特性分析 [J], 葛研军;张帅;姜玉龙;王癑;胡浩2.笼型异步磁力耦合器机械特性与试验 [J], 葛研军;袁直;贾峰;杨均悦;周凯凯3.笼型转子异步磁力耦合器轴向力分析 [J], 王鹏;张剑;张帅;周凯凯4.轴向磁通调速磁力耦合器漏磁系数分析计算与试验研究 [J], 张炳义;冯永;冯桂宏;陈春光;彭其堃;刘凯5.轴向静荷载下受频繁动力冲击时软/硬岩力学特性试验研究 [J], 汪耀武因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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。
温度影响下的开槽盘式磁力耦合器调速特性
20 ℃ 永磁体剩磁 B r0 / T
20 ℃ 永磁体矫顽力 H cb0 / ( A / m)
铜导体电导率 σ Cu / ( S / m)
数值
1. 23
- 8. 68 × 10 5
10 号钢电导率 σ yoke / ( S / m)
5. 7 × 10 7
2 × 10 6
真空磁导率 μ0 / ( H / m)
坐标系下的矢量磁位法分析了开槽盘式磁力耦合
器,通过在铜导体盘的轭齿及铜导体的边界上添加
沿周向的边界条件,使得理论与仿真结果得到了较
高的一致性。 2021 年,江苏大学杨超君等 [9] 针对盘
式异步磁力耦合器的转速调控问题,建立磁路计算
模型,推导出电磁转矩公式,分别建立恒转矩负载、
二次方率负载和恒功率负载工况下的调速关系解析
object. Based on the axial media of the magnetic coupler and the structure of the conductor disk yoke
with alternating arrangement of iron and copper conductors, using the vector magnetic potential method,
formula was derived. Then, the analytical models of speed regulation relationship under constant torque
load, quadratic rate load and constant power load were established respectively. By using finite element
永磁调速器怎么使用 永磁磁力耦合调速特点有哪些
永磁调速器怎么使用永磁磁力耦合调速特点有哪些永磁调速器怎么使用呢?永磁调速器怎么安装的呢?在使用安装的时候要注意哪些事项呢?首先需要注意的是永磁调速器在安装时，电机要向后移动，同时电机基础的需要改造;加工电机支座，支座上要开长孔，四周焊接微调螺栓;提供220v单项的电源;提供两组4～20mA的信号;DCS或PLC控制系统做好控制逻辑等，安装完毕后，可进行多次调试，最终没问题方可使用。
另外，据获得这项专利技术的曜中集团公布，从有关的实验数据中显示，麦斯福永磁传动器在现场工艺状况相同的情况下，永磁调速器的节能率会更高一些，因为变频器还要考虑因散热装设空调的耗电量。
当转速在73%以上时，使用永磁调速器会比变频器节能，在73%以下时，使用变频器效果会好一些，但不管使用哪种调速设备，永磁调速器在调节转速时一般都会在75%以上，效果明显优于变频控制器。
永磁磁力耦合调速的特点1. 总成本最低。
2. 维护工作量小，几乎为免维护产品，维护费用极低。
3. 容忍较大的安装对中误差。
大大简化了安装调试过程。
4. 过载保护功能。
提高了整个电机驱动系统的可靠性，完全消除了系统因过载而导致的损害现象。
5. 带缓冲的软启动/软制动(刹车)。
6. 节能效果显着。
节电率达到25%--66%。
7. 使用寿命长，设计寿命30年。
美国海军品质。
8. 过程控制精确高。
9. 减震效果好。
10. 结构简单，适应各种恶劣环境。
对环境友好，不产生污染物，不产生谐波。
11. 体积小，安装方便，可方便地对现有系统进行改造或用在新建系统。
12. 应用现场多，已成功应用6000套。
安徽沃弗电力科技有限公司是一家集科研、设计、生产、销售服务为一体的高新技术企业，凭借在永磁传动领域的专业水平和成熟的技术，在工业领域迅速崛起。
安徽沃弗电力科技有限公司奉行“进取、求实、严谨、团结”的方针，不断开拓创新，以技术为核心，视质量为生命，奉用户为上帝，竭诚为您提供性价比最高的永磁产品，高质量的工程改造设计及无微不至的售后服务。
永磁耦合调速技术简介
永磁耦合调速技术的工业化应用一、项目技术概况本项目所推荐的新技术产品——感应式异步永磁耦合调速器，属于国内外技术领先的高效节能型永磁驱动新技术产品，本项目产品通过稀土永磁材料将传统的机械传动技术和电机技术融合，开创性地提出了感应式异步永磁耦合技术原理，并设计出无机械接触、无摩擦、低噪音、高可靠性且具有高效节能特征的动力连接、调速、变速传动结构——感应式异步永磁耦合调速器、新型磁性齿轮变速器和直驱式复合永磁电机，彻底解决了许多工业应用领域大量依赖机械式刚性连接和机械齿轮变速传动的效率低下、摩擦损耗、震动冲击、噪音、污染严重等问题。
系列化生产可广泛应用于钢铁冶金、矿山机械、石油钻踩、化工水泥、火力发电、风力发电、电动汽车、船舰驱动等需要直接驱动、启动隔离和变速、调速的动力传动领域。
其中，感应式异步永磁耦合调速器是一种从交流电动机输出端隔离起动冲击负荷、并随负载自动调节转速的高效节能型传动轴永磁耦合连接调速装置，是取代复杂的变频调速装置理想的动力传递连接装置。
本项目产品符合低炭环保经济特点，具有低噪音、无污染、高效率、高可靠性等特征，广泛推广应用可极大地节省能源，降低CO排放，有利于国家减排目标的实现；本项目产品2是具有完全自主知识产权的创新型产品，其中部分专利属于国内外首次提出，具有原创性创新特点和极高的工业应用价值，产业化实现将使我国处于磁性传动领域的国际领先水平。
本项目产品属于全新类别新技术产品，目前国内少有或根本就没有竞争对手，不存在与竞争对手技术竞争的风险。
随着国家推进环保节能、绿色经济可持续发展战略的深入，在工业应用的许多高端行业里本项目产品比传统技术的产品具有无可比拟的技术经济优势。
二、项目技术方案及产品介绍——感应式异步永磁耦合调速器产品系列1、应用领域及行业现状：a. 永磁耦合调速器的应用市场及领域b. 几种常规的交流电动机节能调速方式图1 永磁耦合调速器的应用领域及行业现状2、工作原理：针对现有交流电机拖动在动力耦合连接上存在着过于简单的连接方式无法缓冲满负载起动冲击及恒功率调速的问题，本技术发明提供了一种可隔离冲击负荷并具有一定随负载自动调速功能的、高效节能、结构简单、安装便捷的传动轴永磁耦合调速装置新结构，可系列化地广泛应用于中小型电机拖动和动力传动领域。
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。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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》。
磁力耦合调速设备 可以实现电机与负载间的非机械联接、无接触的力 矩传递，通过调节气隙距离可以改变力矩与输出转 速的大小，因而可应用在各类不同特性的负载装置 上，如输送机、破碎机、泵、风机等，其主要特点有:柔 性启动，启动电流与电流冲击时间明显降低;具有超2017年2月16日收到教育部高等学校博士学科点专项科研基金(博导类）（2〇13341511〇〇〇3)和安徽高校自然科学重点研究项目（KJ2016A199 ,KJ2017A083)资助 第一作者简介:程刚（1986—），男，博士研究生，讲师。
研究方向：磁力机械设计与光机电一体化。
E-mail:gang74〇@。
引用格式:程刚，郭永存，曹亚南，等.基于试验的磁力耦合调速 器传动特性分析[J]•科学技术与工程，2017, 17(24) : 55 —60Cheng Gang,Guo Yongcun,Cao Yanan,et al.Analysis for transmission characteristics of magnetic coupling governor based on test[J].Science Technology and Engineering, 2017, 17(24) ： 55 —60载脱耦过载保护的特性;振动噪声小，可延长相关零 部件的使用寿命;可容忍较大的安装对中误差，简化 安装过程;可实现输出转速的无级变速功能，可控性 强;绿色环保，高效节能，能适应各类环境，无谐波污染等[2’3]〇磁力耦合传动技术在诸多方面都具备很强的优 越性，应用前景极为广阔，国内外学者对其磁力耦合 传动机理与设计计算做出了众多贡献，Davies等对所提出的永磁涡流联轴器与制动器进行了理论计算 与实验验证，在负载作用下对铜转子磁通密度分布 及扭矩和速度之间的关系进行了测量[4’5]; Ferreira 等基于麦克斯韦与虚功原理方法对径向式的永磁親 合器进行了二维及三维有限元的计算分析与讨论，得出三维有限元计算方法可以消除误差[6];Nehl等 建立了永磁涡流耦合传动器的在恒速运行下的二维 有限元数学模型，该模型在计算时考虑了磁路的非 线性特性[7]; Wallace等将磁力耦合调速器与变频器 在工程上的应用特性进行了详细的比较[8]; Canova通过对径向式的磁涡流耦合器的定子与转子结构进 行了优化设计，优化后的磁涡流耦合器的静态与动 态性能得以提高[9];RaV aud等基于磁荷模型对磁力 联轴器进行空间磁场与力矩的分析与计算[W] ;Hog-berg等对永磁联轴器进行设计并搭建了实验台进行 试验测试[11] ;Tseng等采用3D打印技术设计打印了 具有蜂窝形状的磁靴，减少了磁漏，提高了传动性 能[12];杨超君以异步磁力联轴器为研究对象，系统 研究了调磁机理和电磁感应传动机理[13];葛研军建 立了 SCAMC的电磁转矩模型，并对其机械特性进56科学技术与工程17卷行理论计算、仿真验证及试验测试[14];覃新川等针对永磁耦合器应用于刮板输送机的进行了可行性分析[15];李延民针对所研究的轴向式联轴器，利用有限元分析了永磁体参数对转矩和轴向力的影响[16]。
以上学者对磁力耦合传动器的理论计算、有限元仿真和实验等做出了大量的研究，但就磁力耦合传动器的综合试验测试而言，相关方面仍需要进一步拓展验证与研究，本文就自主设计搭建的磁力耦合传动综合试验平台，针对磁力耦合传动装置系列中可用于调速功能的永磁涡流传动调速器进行相关性能的试验测试与分析研究，为进一步对永磁涡流传动调速器的工况使用及优化设计提供参考依据。
1结构设计与参数属性永磁祸流传动调速器的永磁盘与铜盘之间在工作时产生相对运动，永磁盘上所嵌人的永磁体切割铜盘产生祸流感应，祸流产生的感应磁场与永磁场相互作用，进而通过磁感应耦合原理来传递扭矩，通 过调节永磁盘与铜盘间的气隙就可以改变气隙磁密与感应涡流大小，从而实现负载速度的控制与调节。
永磁涡流传动调速器由永磁盘、铜盘和气隙控制器三部分组成，铜盘与电机连接，永磁盘与负载连接，永磁盘与铜盘之间存有气隙，通过气隙控制器可调节铜转子与永磁转子气隙大小，可以改变负载输出端的转速与扭矩。
以45 k W永磁涡流传动调速器为试验测试对象，使用环境要求为-15〜+45°C，工作温度在小于1〇〇 °C可正常使用，其主要几何尺寸及物理属性的参数值如下:永磁涡流传动调速器为双盘异步式，永磁体形状为矩形，磁极对数为5，材料为钦铁硼N40,永磁体长宽高为38 m m X 76 m m X 32 m m;铜盘的厚度为8 m m，外径为338 m m，内径为155 m m;永磁盘与铜盘之间距离称为气隙，其可调节范围是3〜35 m m。
永磁祸流传动调速器结构示意图，如图1所示。
1为输人轴；2为铜盘;3为永磁盘;4为负载轴图1永磁涡流传动调速器结构示意图F ig.1The construction o f perm anent magneteddy current co u pling 2能量平衡基本方程能量平衡基本方程是永磁涡流传动调速器工作运行时机械能与磁能传递关系的数学表达式，根据这些方程可以分析其运行的特性;并可以表达传递功率时的转矩、转差等之间的属性关系。
将电机联接的铜盘视为能量输人，与负载联接的永磁盘视为能量输出，电机机械能与磁能之间转变成机械能输出，在转换过程中须克服机械损耗、涡流损耗和附加损耗（S卩空载损耗）。
A=心 +'〇ll + ⑴T1〇)1=T2C〇2+1^X c o il + (2)式中，A为输人功率，为输出功率，'。
为铜盘涡流损耗功率，为其它总损耗功率，为铜盘输人转矩，:T2为永磁盘输出转矩（即负载转矩），叫 为铜盘角速度，％为永磁盘角速度，/为铜盘上涡流电流，为铜盘电阻。
永磁涡流传动调速器运行时，铜盘输人转矩：^及永磁盘输出转矩:r2近似认为都等于负载转矩r，其它总损耗功率产生的途径较多，难以准确计算，且与p2、^Ml相比甚小，为使工程计算方便，近 似可忽略。
令A w=叫- %，因此式(2)可简化为mco=I2R l c o,(3)从式（3)可以看出，永磁涡流传动调速器在运行时，其磁能损耗主要作用在铜盘上，铜盘上感应的涡电流将会以电阻热能的形式进行耗散，因而在设计及运行时要关注铜盘的温升情况以及铜盘的热量耗散对永磁盘中永磁体所带来的温升影响。
3试验平台的搭建为了测试永磁涡流传动调速器的传动与控制特性，搭建了永磁涡流传动调速器性能测试综合试验台，试验系统由动力部分、控制部分和测试部分组成。
试验系统以计算机及精密测量仪器为核心，采 用虚拟仪器技术，把计算机数据计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力集成在一起，通过软件实现对数据的显示、控制、存储以及分析处理，使系统功能远远超过一般仪器的简单组合。
动力部分提供稳定、正确、波形良好的动力电源，采用计算机自动控制与测量，保证试验的准确性，提高试验效率和试验的严谨性。
永磁涡流传动调速器性能测试综合试验台，如图2(a)和图2(b)所示。
24期程刚，等:基于试验的磁力耦合调速器传动特性分析571为动力部分；2为控制部分；3为测试部分(a)试验台整体系统1为磁力耦合器；2为55 kW交流拖动电机；3为55 kW交流负载电机；4为支承座；5为转矩传感器；6为散热片温度传感器；7为永磁盘温度传感器；8为轴承温度传感器；9为底座；10为散热片；11为调速控制器(b)试验台主体部分试验台数据采集与电控系统图2永磁涡流传动调速器性能测试综合试验台Fig. 2 Performance test platform for the permanentmagnet eddy current coupling4试验测试与分析4.1调速特性试验永磁涡流传动调速器可以为满足实际工况的需 求，通过调节永磁涡流传动调速器的永磁盘与铜盘 的气隙来实现输出转速的调节0当永磁涡流传动调 速器接收到外界控制信号时，通过对信号的识别与 处理，驱动调速控制器对永磁盘与铜盘之间的气隙 进行控制调节。
永磁盘与铜盘之间会产生转速差，称为滑差。
对于恒负载情况，调节气隙距离可实现 调速的控制，对于流体负载，不仅可以调节气隙距离 可以实现调速的控制，同时根据流纛、速度和功率间 的关系规律，输出转速的调节可以实现有效节能。
对永磁涡流传动调速器的调速特性进行试验将有助 于了解其调速控制性能指标，为磁力耦合调速器的调速设计提供必要试验验证与数据支撑。