科技成果——永磁涡流耦合器
磁力耦合器
技术优势
该技术主要特点有: 1.节能效果：25%~66% 2.维护工作量小，几乎是免维护产品，维护费用极低。 3.允许有较大的安装对中误差（最大可为 5mm），大大简化了安装调试过程。 4.具有过载保护功能，从而提高了整个系统的可靠性，完全消除了系统因过载而导致的损坏。 5.提高电机的启动能力，减少冲击和振动，协调多机驱动的负荷分配。 6.调速型可在电机转速基本不变的情况下实现输出转速的无级调节。 7.使用寿命长，设计寿命为 30年。并可延长系统中零部件的使用寿命。 8.易于实现遥控和自动控制，过程控制精确高。 9.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。体积小，安装方便 。
磁力耦合器
工业设备
目录
01 永磁涡流传动技术
03 比较
02 技术优势 04 适用范围
磁力耦合器也称磁力联轴器、永磁传动装置。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。
比较
与变频器相比，独特优点，稳定性和可比性比变频高，在大功率情况下尤其突出；在负载时，要求中，高速 运转，功率大于50KW的工况下代替变频器优势明显；在恶劣的工作坏境的适应能力和免维护的性能，是变频器所 不具备的；与变频器相比，能消除电机的谐波干扰，提高电机的工作效率；在电压降低,变频器可能无法工作，但 该设备不受影响；低转速时，变频器降低电机转速，同时降低散热风扇的效率，可能造成电机过热，该设备则不 会出现此问题；变频器因为谐波干扰问题，该设备则无此问题；与变频器相比，能消除电机与负载之间的震动传 递；与变频器相比，维护和保养费用低；与变频器相比，能有效延长传动系统各主要部件（如轴承，密封等）寿 命；允许最大5mm的轴对心偏差。变频器对环境温度比较苛刻（运行温度必须在-10°-40°之间，最高温度为 50°如果超过40°就会工作不稳定）
永磁调速器涡流及温度场的耦合分析与计算
Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 79【关键词】永磁调速器 温度场 损耗 三维有限元法 电磁场本文以一台500kW 永磁调速器为例，建立永磁调速器的电磁场与温度场耦合求解的三维数学模型和物理模型。
结合工程实际确定了基本假设和边界条件，采用有限元法确定铜盘、永磁体温度分布规律，确定了永磁调速器的最高温升区域。
1 解析模型1.1 电磁场的数学模型（1）其中：β为材料的磁阻率；n 为Г2和Г3的法线方向；μ0为空气的磁导率；1.2 温度场的数学模型永磁调速器涡流及温度场的耦合分析与计算文/赫胜男边值问题方程为：（2）其中：Г为样机的边界，为逆时针方向；T 0为已知表面温度；q 0为已知热流密度；α，T f 分别是换热系数和换热面温度。
2 磁场有限元模型永磁调速器为单组盘式结构，永磁材料选用钕铁硼永磁体，铜盘选用黄铜H62规格，永磁体磁极数为28个，铜盘内半径210mm ，外半径390mm ，厚度6mm ；铝盘内半径45mm ，外半径342mm ，厚度32mm ；气隙宽度3mm 。
3 永磁调速器温度场有限元模型永磁调速器的热源主要以铜盘上的涡流损耗为主，铜盘上热源的生成率可以通过下面的公式得到，其中P s 为永磁调速器的涡流损耗，V Cu 为铜盘体积。
（3）4 三维温度场有限元分析结果首先计算永磁调速器既定滑差与气隙下的涡流损耗功率，并以此为热源载荷，导入ANSYS Workbench 瞬态热分析模块，导入载荷等步骤可计算永磁调速器的温度场。
将ANSYS Maxwell 仿真得到的涡流场作为激励源，耦合到ANSYS Workbench 中作为主要热源，在设置铜盘的对流系数和辐射散热系数，设置起始时间步为0.01s ，最大时间步为0.1s ，结束时间为200s ，计算到2400步收敛。
永磁涡流耦合器传递转矩计算方法研究
收稿日期:２０２１－０４－１９基金项目:国家自然科学基金资助项目(Ｕ１８０８２１７ꎬ５１９０５０７７)ꎻ辽宁省 兴辽英才 计划项目(ＸＬＹＣ１８０７０８６ꎬＸＬＹＣ１８０１００８)ꎻ大连市高层次人才创新支持计划项目(２０１７ＲＪ０４ꎬ２０１９ＣＴ０１).作者简介:程习康(１９９３－)ꎬ男ꎬ河南新乡人ꎬ大连理工大学博士研究生ꎻ刘㊀巍(１９７９－)ꎬ男ꎬ内蒙古赤峰人ꎬ大连理工大学教授ꎬ博士生导师.第４２卷第１２期２０２１年１２月东北大学学报(自然科学版)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ)Ｖｏｌ.４２ꎬＮｏ.１２Ｄｅｃ.２０２１㊀ｄｏｉ:１０.１２０６８/ｊ.ｉｓｓｎ.１００５－３０２６.２０２１.１２.０１０永磁涡流耦合器传递转矩计算方法研究程习康ꎬ刘㊀巍ꎬ孙明浩ꎬ罗唯奇(大连理工大学机械工程学院ꎬ辽宁大连㊀１１６０２４)摘㊀㊀㊀要:永磁涡流耦合器作为一种传动装置ꎬ传递转矩的有效计算是评价其传动性能的重要指标.针对一台６磁极对数㊁额定输入转速１４５０ｒ/ｍｉｎ的永磁涡流耦合器ꎬ首先ꎬ根据耦合器几何结构ꎬ采用有限元方法对磁力线走向进行了仿真分析ꎬ获得永磁涡流耦合器的磁路分布ꎬ进而通过分析漏磁边界条件得到了泄漏磁阻和有效磁动势ꎻ其次ꎬ建立导体盘涡流的坐标系ꎬ根据趋肤深度和安培环路定律ꎬ考虑磁场分布的连续性和对称性ꎬ构建了耦合器的磁感应强度方程ꎻ然后ꎬ根据导体盘涡电流密度和电导率的数学关系ꎬ同时考虑三维端部效应ꎬ得到了传递转矩的解析结果ꎻ最后ꎬ建立样机试验平台和三维有限元模型对该方法进行验证.结果表明ꎬ在一定的转速差范围内ꎬ所提计算方法具有较好的精度ꎬ相对误差在６％以内.采用该方法对永磁涡流耦合器的设计优化提出了一些合理化建议.关㊀键㊀词:永磁涡流耦合器ꎻ磁路ꎻ泄漏磁阻ꎻ传递转矩ꎻ试验中图分类号:ＴＨ１３３ ４㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００５－３０２６(２０２１)１２－１７３９－０８ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｄＴｏｒｑｕｅＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＥｄｄｙ￣ＣｕｒｒｅｎｔＣｏｕｐｌｅｒｓＣＨＥＮＧＸｉ￣ｋａｎｇꎬＬＩＵＷｅｉꎬＳＵＮＭｉｎｇ￣ｈａｏꎬＬＵＯＷｅｉ￣ｑｉ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＤａｌｉａｎ１１６０２４ꎬＣｈｉｎａ.Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ:ＬＩＵＷｅｉꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｌｗ２００７＠ｄｌｕｔ.ｅｄｕ.ｃｎ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｓａｋｉｎｄｏｆｄｒｉｖｉｎｇｄｅｖｉｃｅꎬｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏｒｑｕｅｆｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒｓｉｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｉｎｄｅｘｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ.Ｆｏｒａｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒｗｉｔｈ６ｐｏｌｅｐａｉｒｓａｎｄ１４５０ｒ/ｍｉｎｒａｔｅｄｉｎｐｕｔｓｐｅｅｄꎬｆｉｒｓｔｌｙꎬａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｙꎬｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｌｉｎｅｓａｎｄｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｐａｔｈｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ.Ａｌｓｏꎬｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｅａｋａｇｅｆｌｕｘｅｓｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎꎬｔｈｅｌｅａｋａｇｅｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ.Ｓｅｃｏｎｄｌｙꎬｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｏｆｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｏｎｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｉｓｋｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｌａｗｏｆｓｋｉｎｄｅｐｔｈａｎｄａｍｐｅｒｅｌｏｏｐꎬｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｅｑｕａｔｉｏｎｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｈｉｃｈｃｏｎｓｉｄｅｒｓｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙａｎｄｓｙｍｍｅｔｒｙｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ.Ｔｈｅｎꎬｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｉｓｋꎬｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｏｆｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏｒｑｕｅｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄａｃｃｏｕｎｔｉｎｇｆｏｒｔｈｅｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｎｄｅｆｆｅｃｔ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬａｐｒｏｔｏｔｙｐｅｔｅｓｔｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄａｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌａｒｅｂｕｉｌｔｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｈａｓｇｏｏｄａｃｃｕｒａｃｙｗｉｔｈｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｏｆｓｐｅｅｄｓｌｉｐｉｎａｃｅｒｔａｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｗｈｅｒｅｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｉｓｗｉｔｈｉｎ６％.Ｍｏｒｅｏｖｅｒꎬｓｏｍｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒꎻｍａｇｎｅｔｉｃｐａｔｈꎻｌｅａｋａｇｅｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅꎻｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏｒｑｕｅꎻｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ㊀㊀随着全球经济的高速发展ꎬ目前人类面临着日益严重的环境破坏㊁资源匮乏㊁生态污染等问题ꎬ发展以节能㊁高效㊁环保为理念的清洁绿色产品对人类可持续发展具有重要意义ꎬ永磁涡流耦合器在这种产品理念驱动下产生[１].永磁涡流耦合器作为一种新型的非接触传动装置ꎬ具有结构简单㊁节能高效㊁传动平稳㊁无污染㊁允许主从动轴不对中等特点ꎬ而且具有良好的环境适应性[２－４].与液力耦合器和变频器相比ꎬ液力耦合器可控性差且存在喷油污染ꎬ低速时无法平滑加速ꎻ变频器故障率高㊁环境适应性差ꎬ产生谐波污染进而影响电网ꎬ而永磁涡流耦合器在实现转矩调节和传递的同时ꎬ可有效地规避上述问题ꎬ因此一定程度上可以替代液力耦合器和变频器ꎬ在汽轮机㊁冷却泵㊁皮带运输机㊁大型刮板机㊁破碎机㊁球磨机等重大工程装备中具有较好应用前景[５－７].永磁涡流耦合器最早由美国ＭａｇｎａＤｒｉｖｅ公司应用在尼米兹号和斯坦尼斯号航空母舰的海水泵上ꎬ后来扩展到民用行业ꎬ并于２００８年引进到中国.近年来ꎬ国内外学者针对永磁涡流耦合器的传递转矩进行了大量的研究.Ｃａｎｏｖａ等[８]基于分离变量法将永磁涡流耦合器从三维问题简化为二维ꎬ得到了转矩－转速关系的纯解析模型ꎻ文献[９－１１]考虑了材料的磁饱和及永磁体本身特性ꎬ同时考虑了三维结构参数ꎬ建立了一种可处理复杂结构的永磁涡流耦合器传递转矩预测模型ꎬ并将该模型与有限元结果对比ꎬ得到了一致性较好的评价ꎻ文献[１２－１４]在平均半径处进行线性化假设ꎬ求解了三维麦克斯韦方程ꎬ研究了磁极对数㊁气隙长度等几何参数的影响ꎬ建立了一种新的永磁涡流耦合器传动性能二维解析模型ꎬ并将计算的转矩与有限元和实验结果进行了比较ꎻＥｒａｓｍｕｓ等[１５]提出了一种求解径向磁通永磁涡流耦合器转矩的半解析计算方法ꎬ考虑了磁通密度谐波的影响ꎬ采用罗素系数顾及了三维端部效应ꎬ通过实验验证了半解析转矩计算方法的正确性.国内针对永磁涡流耦合器的研究起步较晚.杨超君等[１６]以层理论为指导ꎬ分析并得到了永磁涡流耦合器的转矩计算方法ꎬ然后通过有限元方法分析三维瞬态磁场的分布ꎬ并得到了关键参数如气隙长度㊁永磁体厚度㊁磁极数㊁从动盘的槽数㊁槽深以及主动转速等对转矩计算结果的影响ꎻ文献[１７－１８]基于等效磁路法建立了永磁涡流耦合器的解析模型ꎬ分析了永磁涡流耦合器各区域磁导和漏磁ꎬ求解出气隙中的磁感应强度ꎬ进而推导出转矩计算公式ꎻ何富君等[１９]利用ＡｎｓｏｆｔＭａｘｗｅｌｌ仿真软件建立了永磁涡流耦合器三维有限元模型ꎬ对耦合器的传动特性进行仿真研究ꎬ得到传递转矩与间隙㊁转速差之间的对应关系ꎻ李德永等[２０]以电磁感应原理为基础ꎬ提出了简化的永磁体阵列三维模型ꎬ基于洛伦兹定律建立了转矩的解析模型ꎬ并和有限元结果进行了对比ꎬ分析了永磁涡流耦合器动态特性的影响因素.与上述研究不同ꎬ本文以一台６磁极对数㊁额定输入转速１４５０ｒ/ｍｉｎ的永磁涡流耦合器为例ꎬ首先以永磁涡流耦合器的三维复杂结构为导向ꎬ提出了一种更加简单且有效的等效磁路模型ꎬ然后基于安培环路定律ꎬ对样机的传递转矩进行解析计算ꎬ最后建立三维有限元模型和实验平台对转矩进行了验证ꎬ与实验结果对比ꎬ计算方法具有较好的精度.１㊀永磁涡流耦合器几何结构及磁路１ １㊀永磁涡流耦合器几何结构永磁涡流耦合器主要由两部分组成:其中一部分是导体转子ꎬ包含导体轭铁和导体盘ꎻ另一部分是磁体转子ꎬ包含磁体盘㊁永磁体和磁体轭铁.电机端连接导体转子并进行旋转ꎬ导体转子切割磁体转子的Ｎ/Ｓ交替磁场ꎬ根据法拉第电磁感应定律ꎬ导体转子内将产生变化的涡流磁场ꎬ在永磁体本身磁场和涡流磁场的交互下ꎬ实现了电机端到负载端的转矩传递.永磁涡流耦合器几何结构如图１所示ꎬ导体转子和磁体转子之间存在着气隙ꎬ通过改变气隙厚度可以实现转矩大小的调节.此外ꎬ导体轭铁和磁体轭铁的作用是保证磁力线的收敛.图１㊀永磁涡流耦合器几何结构Ｆｉｇ １㊀Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒｓ图１中ꎬｌｉ１为导体轭铁厚度ꎬｌｃｓ为导体盘厚度ꎬｌａ为气隙厚度ꎬｌｐ为磁体盘厚度ꎬｌｐｍ为永磁体０４７１东北大学学报(自然科学版)㊀㊀㊀第４２卷㊀㊀㊀㊀厚度ꎬｌｉ２为磁体轭铁厚度ꎬｒ２为导体盘外径ꎬｒ１为导体盘内径ꎬｒｐ２为永磁体外径ꎬｒｐ１为永磁体内径ꎬｒａｖ为永磁体平均半径ꎬｗｐｍ为永磁体径向宽度ꎬτｍ为相邻永磁体之间的距离ꎬτｐ为相邻永磁体中心之间的距离.１ ２㊀永磁涡流耦合器磁路永磁涡流耦合器磁路可以有效地表示其磁力线走向ꎬ这是分析并计算传递转矩的重要前提.为了得到这一磁路ꎬ采用有限元方法对永磁涡流耦合器进行了分析.如图２所示ꎬ由于永磁涡流耦合器属于对称结构ꎬ这里只建立了包含一对永磁体的永磁涡流耦合器磁路.①表示永磁涡流耦合器的主磁路ꎬ其磁力线走线为:永磁体ң磁体盘ң导体盘ң导体轭铁ң导体盘ң磁体盘ң永磁体ң磁体轭铁ң永磁体ꎻ②表示永磁涡流耦合器的第一泄漏磁路ꎬ其磁力线走向为:永磁体ң磁体盘ң导体盘ң磁体盘ң永磁体ң磁体轭铁ң永磁体ꎻ③表示永磁涡流耦合器的第二泄漏磁路ꎬ其磁力线走向为:永磁体ң磁体盘ң磁体轭铁ң永磁体.图２㊀永磁涡流耦合器磁路Ｆｉｇ ２㊀Ｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒｓ２㊀有效磁通量求解２ １㊀泄漏磁阻求解根据图２的第一泄漏磁路②和第二泄漏磁路③ꎬ可以分别计算出第一泄漏磁阻和第二泄漏磁阻.第一泄漏磁阻主要存在于气隙和导体盘处ꎬ存在如下关系:Ｒｌ１＝１/(ʏｘａ０μ０μａｗｐｍｄｘπｘ＋τｍ)ꎬｘａ＝ｍｉｎ[ｌｐ－ｌｐｍ＋ｌａ＋ｌｃｓꎬ(τｐ－τｍ)/２].}(１)式中:Ｒｌ１为第一泄漏磁阻ꎻμ０为真空磁导率ꎻμａ空气磁导率ꎻｘａ为第一漏磁积分边界条件.第二泄漏磁阻主要存在于永磁体本身之间ꎬ存在如下关系:Ｒｌ２＝１/(ʏｘｂ０μ０μａｗｐｍｄｘ２πｘ＋ｌｐｍ)ꎬｘｂ＝ｍｉｎ[τｍ/２ꎬ(τｐ－τｍ)/２].}(２)式中:Ｒｌ２为第二泄漏磁阻ꎻｘｂ为第二漏磁积分边界条件.根据第一泄漏磁阻和第二泄漏磁阻ꎬ获得总泄漏磁阻和总泄漏磁导的表达式为Ｒｌ＝１/(Ｒｌ１//Ｒｌ２)ꎬΛｌ＝１/Ｒｌ.}(３)式中:Ｒｌ为总泄漏磁阻ꎻΛｌ为总泄漏磁导.２ ２㊀有效磁动势求解在永磁涡流耦合器结构中ꎬ永磁体是可靠的磁源ꎬ负责提供稳定有效的磁场.根据永磁体本身的属性ꎬ可以得到原有磁动势为Ｆ０＝Ｈｐｍｌｐｍ.(４)式中ꎬＨｐｍ为永磁体矫顽力.类似于电路中电源的内阻ꎬ永磁体本身也存在磁阻ꎬ这个永磁体磁阻的表达式为Ｒｐｍ＝２ｌｐｍμ０μｐｍｗｐｍ(τｐ－τｍ).(５)式中:Ｒｐｍ为永磁体磁阻ꎻμｐｍ为永磁体相对磁感应强度.根据磁导与磁阻的关系ꎬ进一步获得永磁体磁导为Λｐｍ＝１/Ｒｐｍ.(６)本质上来说ꎬ由式(３)获得的总泄漏磁导相对于永磁体磁导是一种磁损耗.因此ꎬ根据式(１)~(６)可以获得有效磁动势为Ｆｅ＝ｋｒＦ０Λｌ＋ΛｐｍΛｐｍ.(７)式中ꎬｋｒ为有效磁阻修正系数ꎬ其数值按经验获取ꎬ不同的应用场合数值略有不同.２ ３㊀有效磁通量求解永磁涡流耦合器各部分都存在磁阻ꎬ导体盘磁阻的表达式为Ｒｃｓ＝２ｌｃｓμ０μｃｓｗｐｍ(τｐ－τｍ).(８)式中ꎬμｃｓ为导体盘相对磁导率.气隙磁阻的表达式为Ｒａ＝２ｌａμ０μａｗｐｍ(τｐ－τｍ).(９)磁体盘磁阻为Ｒｉ２＝２(ｌｐ－ｌｐｍ)μ０μｐｗｐｍ(τｐ－τｍ).(１０)式中ꎬμｐ为磁体盘相对磁感应强度.１４７１第１２期㊀㊀㊀程习康等:永磁涡流耦合器传递转矩计算方法研究㊀㊀㊀㊀导体轭铁磁阻和磁体轭铁磁阻为Ｒｉ１＝Ｒｉ３＝ｍｉｎ{４ｌｉ１μ０μｉ１ｗｐｍ(τｐ－τｍ)＋τｍμ０μｉ１ｗｐｍｌｉ１ꎬ４ｌｉ２μ０μｉ２ｗｐｍ(τｐ－τｍ)＋τｍμ０μｉ２ｗｐｍｌｉ２}.(１１)式中:Ｒｉ１为导体轭铁磁阻ꎻＲｉ２为磁体轭铁磁阻ꎻμｉ１为导体轭铁相对磁导率ꎻμｉ２为磁体轭铁相对磁导率.在图２中ꎬ虽然建立了永磁涡流耦合器磁路ꎬ但是该磁路涉及的磁力线路径相对复杂ꎬ不能直接反映出有效磁通.根据上文的分析ꎬ图３建立了一个简单且有效的永磁涡流耦合器等效磁路模型.根据图３建立的等效磁路模型和式(７)获得的有效磁动势ꎬ求得有效磁通量为φｅ＝２Ｆｅ２Ｒｃｓ＋２Ｒａ＋２Ｒｉ２＋Ｒｉ１＋Ｒｉ３.(１２)图３㊀永磁涡流耦合器等效磁路模型Ｆｉｇ ３㊀Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍａｇｎｅｔｉｃｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒ３㊀传递转矩模型３ １㊀有效涡流深度永磁涡流耦合器正常运转时ꎬ导体盘和磁体盘之间存在转速差ꎬ促使穿过导体盘的磁通量方向和大小随时间呈现周期性变化.根据法拉第电磁感应定律ꎬ导致导体盘上产生围绕磁通量变化方向的涡流.该涡流并不是完全存在于导体盘内ꎬ而是集中于导体盘表层ꎬ越接近于导体盘表面ꎬ涡电流密度越大ꎬ这一现象被称为趋肤效应.初始趋肤深度为ｌｄ０＝６０πｐΔｎσｃｓμ０μｃｓ.(１３)式中:ｐ为磁极对数ꎻΔｎ为导体盘和磁体盘之间的转速差ꎻσｃｓ为导体盘电导率.考虑到涡电流密度在导体盘深度方向(ｚ方向)呈现指数级递减ꎬ涡电流密度和趋肤深度满足方程ʏｌｄ００Ｊｅｚ/ｌｄ０ｄｚ＝ʏｌｄ０Ｊｄｚ.(１４)式中:Ｊ为涡电流密度ꎻｌｄ为有效趋肤深度.对式(１４)进行求解ꎬ得到有效趋肤深度为ｌｄ＝(１－１/ｅ)ｌｄ０.(１５)进一步化简ꎬ得到有效涡流深度为ｌｃｅ＝ｍｉｎ(ｌｃｓꎬｌｄ).(１６)３ ２㊀磁感应强度求解为了更清晰理解建模过程ꎬ在永磁体剖切视图和导体盘视图下ꎬ图４建立了涡流区域的坐标系位置.该坐标系以永磁体正对导体盘的中心为原点ꎬ垂直于导体盘为ｚ方向.图４㊀涡流区域坐标系位置示意图Ｆｉｇ ４㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｒｅｇｉｏｎａｌｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｐｏｓｉｔｉｏｎ当导体盘切割磁力线运动时ꎬ不仅应该考虑永磁体本身磁场ꎬ同时应该考虑涡流产生的感应磁场.因此ꎬ建模时必须将磁感应强度划分为有效磁感应强度和感生磁感应强度ꎬ得到[１０]Ｂ(ｙ)＝Ｂｅ(ｙ)＋Ｂｉ(ｙ).(１７)式中:Ｂ(ｙ)为磁感应强度ꎻＢｅ(ｙ)为有效磁感应强度ꎻＢｉ(ｙ)为感生磁感应强度.其中ꎬ根据式(１２)的结果和图４建立的坐标系ꎬ得到有效磁感应强度为Ｂｅ(ｙ)＝Ｂｅ＝２φｅ/[ｗｐｍ(τｐ－τｍ)]ꎬ㊀㊀㊀｜ｙ｜ɤ(τｐ－τｍ)/２ꎻ０ꎬｙɪ[－τｐ/２ꎬ－(τｐ－τｍ)/２]ɣ㊀㊀㊀[(τｐ－τｍ)/２ꎬτｐ/２].ìîíïïïïï(１８)涡电流密度和磁感应强度的关系为[１０－１１]Ｊ(ｙ)＝σｃｓΔωｒａｖＢ(ｙ).(１９)式中:Δω为导体盘和磁体盘之间的角速度差ꎬΔω＝２πΔｎ/６０.根据安培环路定理ꎬ得到ɥｃＨ ｄｌ＝∯ｓＪ(ｙ)ｄｓ⇒ɥｃＢｉ(ｙ)μ０ｄｌ＝∯ｓσｃｓΔωｒａｖＢ(ｙ)ｄｓ.(２０)２４７１东北大学学报(自然科学版)㊀㊀㊀第４２卷㊀㊀进一步对式(２０)化简得到２(ｌｐ－ｌｐｍ＋ｌａ＋ｌｃｅ)Ｂｉ(ｙ)μ０＝σｃｓΔωｒａｖｌｃｅˑʏｙ２ｙ１Ｂ(ｙ)ｄｙ.(２１)对式(２１)进一步化简得到㊀Ｂｉ(ｙ)＝ｋʏｙ２ｙ１[Ｂｅ(ｙ)＋Ｂｉ(ｙ)]ｄｙꎬ㊀ｋ＝μ０σｃｓΔωｒａｖｌｃｅ/[２(ｌｐ－ｌｐｍ＋ｌａ＋ｌｃｅ)].(２２)式中ꎬｋ为中间变量代号ꎬ使用ｋ是为了让表达式简洁.对式(２２)进行微分ꎬ得到ｄＢｉ(ｙ)＝ｋＢｅ(ｙ)＋ｋＢｉ(ｙ)ꎬｙɪ[－τｐ/２ꎬτｐ/２].(２３)对式(２３)进行求解ꎬ得到Ｂｉ(ｙ)＝Ｂｉ１(ｙ)＝ｃ１ｅｋｙꎬｙɪ[－τｐ/２ꎬ－(τｐ－τｍ)/２]ꎻＢｉ２(ｙ)＝ｃ２ｅｋｙ－Ｂｅꎬｙɪ[－(τｐ－τｍ)/２ꎬ(τｐ－τｍ)/２]ꎻＢｉ３(ｙ)＝ｃ３ｅｋｙꎬｙɪ[(τｐ－τｍ)/２ꎬτｐ/２].ìîíïïïï(２４)㊀㊀式(２４)中ꎬ必定存在一个ｙ０使得Ｂｉ２(ｙ＝ｙ０)＝０成立ꎬ得到ｃ２＝Ｂｅｅ－ｋｙ０.(２５)由于涡流区域对称分布ꎬ在区间[－τｐ/２ꎬｙ０]和区间[ｙ０ꎬτｐ/２]的涡流大小是一样的ꎬ得到ʏｙ０－τｐ/２ʏｌｃｅ０Ｊ(ｙ)ｄｙｄｚ＝ʏτｐ/２ｙ０ʏｌｃｅ０Ｊ(ｙ)ｄｙｄｚ.(２６)根据函数的连续性ꎬ得到Ｂｉ１[ｙ＝－(τｐ－τｍ)/２]＝Ｂｉ２[ｙ＝－(τｐ－τｍ)/２]ꎻＢｉ２[ｙ＝(τｐ－τｍ)/２]＝Ｂｉ３[ｙ＝(τｐ－τｍ)/２].}(２７)结合式(２５)~(２７)ꎬｙ０ꎬｃ１ꎬｃ２ꎬｃ３可以计算得到:ｙ０＝－１ｋｌｎ[ｃｏｓｈ(ｋτｍ/２)/ｃｏｓｈ(ｋτｐ/２)]ꎻｃ１＝Ｂｅ[ｃｏｓｈ(ｋτｍ/２)/ｃｏｓｈ(ｋτｐ/２)－ｅｋ(τｐ－τｍ)/２]ꎻｃ２＝Ｂｅ[ｃｏｓｈ(ｋτｍ/２)/ｃｏｓｈ(ｋτｐ/２)]ꎻｃ３＝Ｂｅ[ｃｏｓｈ(ｋτｍ/２)/ｃｏｓｈ(ｋτｐ/２)－ｅ－ｋ(τｐ－τｍ)/２].üþýïïïïïï(２８)将式(２８)代入到式(２４)中ꎬ得到Ｂｉ(ｙ)＝Ｂｅ[ｃｏｓｈ(ｋτｍ/２)ｃｏｓｈ(ｋτｐ/２)－ｅｋ(τｐ－τｍ)２]ｅｋｙꎬｙɪ[－τｐ２ꎬ－(τｐ－τｍ)２]ꎻＢｅｃｏｓｈ(ｋτｍ/２)ｃｏｓｈ(ｋτｐ/２)ｅｋｙ－Ｂｅꎬｙɪ[－(τｐ－τｍ)２ꎬ(τｐ－τｍ)２]ꎻＢｅ[ｃｏｓｈ(ｋτｍ/２)ｃｏｓｈ(ｋτｐ/２)－ｅ－ｋ(τｐ－τｍ)２]ｅｋｙꎬｙɪ[(τｐ－τｍ)２ꎬτｐ２].ìîíïïïïïïïï(２９)㊀㊀求得感生磁感应强度后ꎬ磁感应强度可以由式(１７)计算获得.３ ３㊀传递转矩求解㊀㊀根据式(１９)得到的Ｊ(ｙ)ꎬ得到单个涡流区域的传递功率为Ｐｏｎｅ＝(１/σｃｓ)∭｜Ｊ(ｙ)｜２ｄｘｄｙｄｚ＝(ｌｃｅ/σｃｓ)ʏｒ２ｒ１ｄｘʏτｐ/２－τｐ/２｜Ｊ(ｙ)｜２ｄｙ.(３０)㊀㊀进一步对式(３０)积分得到Ｐｏｎｅ＝ｌｃｅ(ｒ２－ｒ１)ｒ２ａｖσｃｓΔω２Ｂ２ｅ[ｅｋ(τｐ＋τｍ)－ｅｋτｍ－ｅ２ｋτｍ＋ｅｋτｐ]ｋ[ｅｋ(τｐ＋τｍ)＋ｅｋτｍ].(３１)㊀㊀考虑到磁极对数的影响ꎬ得到初始传递转矩:Ｔ０＝２ｐＰｏｎｅΔω.(３２)如图５所示ꎬ涡流区域被划分为悬垂区和中心区ꎬ只有存在于中心区的涡电流对转矩传递产生实质作用ꎬ这种现象被称为三维端部效应.考虑到这种端部效应[３]ꎬ必须对初始传递转矩进行修正.该修正系数为３４７１第１２期㊀㊀㊀程习康等:永磁涡流耦合器传递转矩计算方法研究㊀㊀ｋｃ＝１－πｗｐｍｔａｎｈ(πｗｐｍ２τｐ)２τｐ１＋ｔａｎｈ(πｗｐｍ２τｐ)ｔａｎｈ{[π(ｒ２－ｒ１)－πｗｐｍ]２τｐ}{}.(３３)图５㊀三维端部效应Ｆｉｇ ５㊀Ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｎｄｅｆｆｅｃｔ对初始传递转矩修正后ꎬ得到传递转矩为Ｔ＝ｋｃＴ０.(３４)４㊀试验验证４ １㊀试验平台为了验证本文提出的永磁涡流耦合器传递转矩计算方法ꎬ同时为了弥补实验和有限元方法本身的误差ꎬ建立了如图６所示的传递转矩试验平台和如图７所示的三维有限元分析模型.其中ꎬ三相异步电机是试验平台的动力源ꎬ其额定输入转速为１４５０ｒ/ｍｉｎ.转矩转速传感器分别设置在电机端和负载端ꎬ可有效测量永磁涡流耦合器的转速差和转矩.气隙调节器可以改变永磁涡流耦合器导体盘和磁体盘之间的气隙大小ꎬ其调节范围为４~３０ｍｍ.图６㊀永磁涡流耦合器试验平台Ｆｉｇ ６㊀Ｔｅｓｔｐｌａｔｆｏｒｍｆｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒ图７㊀三维有限元分析模型Ｆｉｇ ７㊀３Ｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ同时ꎬ设置了所制作的永磁涡流耦合器样机的详细参数(表１).表１㊀永磁涡流耦合器样机参数Ｔａｂｌｅ１㊀Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒｐｒｏｔｏｔｙｐｅ名称数值名称数值导体轭铁厚度１０ｍｍ真空磁导率４πˑ１０－７Ｈ/ｍ导体盘厚度６ｍｍ气隙相对磁导率１磁体盘厚度２６ｍｍ永磁体矫顽力９００ｋＡ/ｍ永磁体厚度２５ｍｍ永磁体相对磁导率１ ０５磁体轭铁厚度１０ｍｍ磁体盘相对磁导率０ ９９９９９导体盘外径１８７ ５ｍｍ导体轭铁相对磁导率２０００导体盘内径８７ ５ｍｍ磁体轭铁相对磁导率２０００永磁体外径１６５ｍｍ导体盘相对磁导率０ ９９９９６永磁体内径１１５ｍｍ磁极对数６永磁体径向宽度５０ｍｍ导体盘电导率５ ８ˑ１０７Ｓ/ｍ４ ２㊀试验结果和对比分析试验时ꎬ三相异步电机输出转速设定为１４５０ｒ/ｍｉｎꎬ同时调整负载大小可以实现对转速差的改变ꎬ转矩转速传感器将转矩数据上传到上位机.试验数据的获取必须待永磁涡流耦合器运行稳定之后ꎬ以气隙厚度４ｍｍ和转速差５ｒ/ｍｉｎ为例ꎬ在３０ｍｉｎ内传递转矩波动小于２％ꎬ此时获得的数据可作为最终传递转矩结果ꎬ如图８所示.图８㊀３０ｍｉｎ内的传递转矩波动Ｆｉｇ ８㊀Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏｒｑｕｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｗｉｔｈｉｎ３０ｍｉｎ永磁涡流耦合器正常运转下ꎬ气隙厚度一般在１０ｍｍ以内ꎬ设定气隙厚度分别为４ｍｍ和６ｍｍꎬ将采用本文方法计算的结果与试验结果和有限元结果进行对比ꎬ如图９所示.从图９的对比结果可以看出ꎬ在转速差小于４４７１东北大学学报(自然科学版)㊀㊀㊀第４２卷１００ｒ/ｍｉｎ的情况下ꎬ所提传递转矩计算方法与试验和有限元结果有较好的一致性ꎬ其相对误差在６％以内.所提方法的计算结果略大于试验和有限元结果ꎬ这是因为在建模过程中未充分考虑到机械损耗和发热损耗的影响.在转速差大于１００ｒ/ｍｉｎ时ꎬ所提方法与试验和有限元结果之间的误差逐渐增大ꎬ在转速差达到２００ｒ/ｍｉｎ时ꎬ相对误差接近１０％ꎬ这是因为随着转速差增大ꎬ所提方法无法准确衡量漏磁的大小ꎬ同时也无法顾及在大转速差条件下ꎬ发热对磁场的影响.另外ꎬ随着转速差的增大ꎬ传递转矩不断增大ꎬ但是在转速差大于１５０ｒ/ｍｉｎ时ꎬ所提方法获得的传递转矩增速放缓且有减小的趋势ꎬ而试验与有限元结果没有减小的趋势ꎬ这是因为三相异步电机具有承受１２０％~１５０％过载的能力.实际运行过程中ꎬ永磁涡流耦合器的转速差在１００ｒ/ｍｉｎ以内ꎬ因此该永磁涡流耦合器传递转矩计算方法ꎬ满足实际要求ꎬ具有较好的工程应用价值.图９㊀永磁涡流耦合器传递转矩和转速差关系Ｆｉｇ ９㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏｒｑｕｅａｎｄｓｌｉｐｆｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒ设定转速差为５０ｒ/ｍｉｎꎬ图１０进一步建立了传递转矩在不同气隙厚度条件下的变化关系ꎬ可图１０㊀永磁涡流耦合器传递转矩和气隙厚度关系Ｆｉｇ １０㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏｒｑｕｅａｎｄａｉｒ￣ｇａｐｆｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒ以看出ꎬ所提方法和试验结果具有较好的一致性ꎬ相对误差在６％以内.同时ꎬ随着气隙厚度的增加ꎬ传递转矩不断降低ꎬ这是因为气隙厚度的增大导致磁场的减弱.４ ３㊀预测和建议永磁涡流耦合器样机制作完成之后ꎬ如果通过改变零件几何尺寸ꎬ重新开展试验和设计优化ꎬ成本较高.所提方法完全依赖于永磁涡流耦合器的几何参数ꎬ采用所提方法进行设计优化可以有效节约成本和时间.设定气隙厚度为４ｍｍ和转速差为５０ｒ/ｍｉｎꎬ图１１建立了永磁涡流耦合器传递转矩和导体盘厚度关系ꎬ图１２建立了永磁涡流耦合器传递转矩和磁极对数关系.从图１１可以看出ꎬ随着导体盘厚度的增加ꎬ传递转矩不断减小ꎬ在满足负载所需转矩要求的情况下ꎬ可以采用较小的导体盘厚度ꎬ这样可以减少导体盘的质量ꎬ腾出更大的设计空间.从图１２可以看出ꎬ随着磁极对数的增加ꎬ传递转矩增加明显ꎬ若负载所需转矩图１１㊀永磁涡流耦合器传递转矩和导体盘厚度关系Ｆｉｇ １１㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏｒｑｕｅａｎｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｉｓｋｆｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒ图１２㊀永磁涡流耦合器传递转矩和磁极对数关系Ｆｉｇ １２㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏｒｑｕｅａｎｄｎｕｍｂｅｒｏｆｐｏｌｅｐａｉｒｓｆｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒ５４７１第１２期㊀㊀㊀程习康等:永磁涡流耦合器传递转矩计算方法研究㊀㊀无法满足要求ꎬ可以考虑增加磁极对数来增大传递转矩ꎬ但增加磁极对数的同时也要增加磁体盘直径ꎬ否则无法装载足够多的永磁体.因此ꎬ在实际工程中ꎬ所提出的传递转矩计算方法对永磁涡流耦合器的设计优化具有参考价值.５㊀结㊀㊀论１)本文以二维有限元仿真结果为指导ꎬ建立了永磁涡流耦合器的等效磁路模型ꎬ获得了传递转矩的解析结果.与试验和有限元结果对比ꎬ在正常的转速差范围内(<１００ｒ/ｍｉｎ)ꎬ所提传递转矩计算方法具有较好的一致性ꎬ相对误差在６％以内.但是在较大的气隙和转差下ꎬ由于漏磁和热损耗无法准确虑及ꎬ计算结果有所失准.２)本文提出的永磁涡流耦合器传递转矩计算方法ꎬ完全依赖于零部件的几何参数ꎬ可以节约时间成本和费用成本.研究结果对永磁涡流耦合器的设计和优化具有指导意义和参考价值.参考文献:[１]㊀ＢｅｌｇｕｅｒｒａｓＬꎬＭｅｚａｎｉＳꎬＬｕｂｉｎＴ.Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆａｎａｘｉａｌｆｉｅｌｄｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｅｒｗｉｔｈｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｍａｇｎｅｔｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓꎬ２０２１ꎬ５７(２):１－５. [２]㊀郑迪ꎬ王大志ꎬ李硕ꎬ等.基于电磁－温度耦合方法的永磁驱动器温度场分析[Ｊ].东北大学学报(自然科学版)ꎬ２０１８ꎬ３９(４):４５７－４６１.(ＺｈｅｎｇＤｉꎬＷａｎｇＤａ￣ｚｈｉꎬＬｉＳｈｕｏꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｘｉａｌ￣ｆｌｕｘｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｃｏｕｐｌｅｒｓｕｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ￣ｔｈｅｒｍａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ)ꎬ２０１８ꎬ３９(４):４５７－４６１.) [３]㊀ＷａｎｇＪꎬＺｈｕＪ.Ａｓｉｍｐｌｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｉｎｇｓｕｓｉｎｇａｎｅｗｍａｇｎｅｔｉｃｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１８ꎬ６５(３):２４８７－２４９５. [４]㊀ＬｕｂｉｎＴꎬＲｅｚｚｏｕｇＡ.Ｓｔｅａｄｙ￣ｓｔａｔｅａｎｄｔｒａｎｓｉｅｎｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆａｘｉａｌ￣ｆｉｅｌｄｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｉｎｇ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１５ꎬ６２(４):２２８７－２２９６. [５]㊀ＡｂｅｒｏｏｍａｎｄＶꎬＭｉｒｓａｌｉｍＭꎬＦｅｓｈａｒａｋｉｆａｒｄＲ.Ｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｄｏｕｂｌｅ￣ｓｉｄｅｄｐｅｒｍａｎｅｎｔ￣ｍａｇｎｅｔａｘｉａｌｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒｓｆｏｒｕｓｅｉｎｄｙｎａｍｉｃａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎꎬ２０１９ꎬ３４(２):９０９－９２０.[６]㊀ＹａｎｇＣꎬＰｅｎｇＺꎬＴａｉＪꎬｅｔａｌ.Ｔｏｒｑｕｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｌｏｔｔｅｄ￣ｔｙｐｅｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｉｎｇｓｕｓｉｎｇａｎｅｗｍａｇｎｅｔｉｃｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＭａｇｎｅｔｉｃｓꎬ２０２０ꎬ５６(９):１－８.[７]㊀ＬｉＹꎬＬｉｎＨꎬＨｕａｎｇＨꎬｅｔａｌ.Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｐｏｗｅｒ￣ｆｅｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔａｄｊｕｓｔａｂｌｅｓｐｅｅｄｄｒｉｖｅ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１９ꎬ６６(１):７８４－７９４.[８]㊀ＣａｎｏｖａＡꎬＶｕｓｉｎｉＢ.Ｄｅｓｉｇｎｏｆａｘｉａｌｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２００３ꎬ３９(３):７２５－７３３.[９]㊀ＭｉｒｓａｌｉｍＭꎬＭｏｈａｍｍａｄｉＳ.Ｄｏｕｂｌｅ￣ｓｉｄｅｄｐｅｒｍａｎｅｎｔ￣ｍａｇｎｅｔｒａｄｉａｌ￣ｆｌｕｘｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒｓ:ｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｌｉｎｇꎬｓｔａｔｉｃａｎｄｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｔｕｄｙꎬａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＩＥＴＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１３ꎬ７(９):６６５－６７９.[１０]ＭｏｈａｍｍａｄｉＳꎬＭｉｒｓａｌｉｍＭꎬＶａｅｚ￣ＺａｄｅｈＳꎬｅｔａｌ.Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｘｉａｌ￣ｆｌｕｘｉｎｔｅｒｉｏｒｐｅｒｍａｎｅｎｔ￣ｍａｇｎｅｔｃｏｕｐｌｅｒｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓꎬ２０１４ꎬ６１(１１):５９４０－５９４７.[１１]ＭｏｈａｍｍａｄｉＳꎬＭｉｒｓａｌｉｍＭꎬＶａｅｚ￣ＺａｄｅｈＳ.Ｎｏｎｌｉｎｅａｒｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎꎬ２０１４ꎬ２９(１):２２４－２３１.[１２]ＬｕｂｉｎＴꎬＭｅｚａｎｉＳꎬＲｅｚｚｏｕｇＡ.Ｓｉｍｐｌｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｆｏｒｃｅａｎｄｔｏｒｑｕｅｏｆａｘｉａｌｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎꎬ２０１２ꎬ２７(２):５３６－５４６.[１３]ＤｏｌｉｓｙＢꎬＭｅｚａｎｉＳꎬＬｕｂｉｎＴꎬｅｔａｌ.Ａｎｅｗａｎａｌｙｔｉｃａｌｔｏｒｑｕｅｆｏｒｍｕｌａｆｏｒａｘｉａｌｆｉｅｌｄｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｃｏｕｐｌｉｎｇ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎꎬ２０１５ꎬ３０(３):８９２－８９９. [１４]ＬｕｂｉｎＴꎬＶａｈａｊＡＡꎬＲａｈｉｄｅｈＡ.Ｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａｎａｘｉａｌ￣ｆｌｕｘｒｅｌｕｃｔａｎｃｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｂａｓｅｄｏｎａｔｗｏ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｅｍｉ￣ａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＩＥＴＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０２０ꎬ１４(５):９０１－９１０.[１５]ＥｒａｓｍｕｓＡＳꎬＫａｍｐｅｒＭＪ.ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｌｙｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｏｕｂｌｅＰＭ￣ｒｏｔｏｒｒａｄｉａｌ￣ｆｌｕｘｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｅｒｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１７ꎬ５３(４):３５１９－３５２７.[１６]杨超君ꎬ郑武ꎬ李志宝.可调速异步盘式磁力联轴器的转矩计算及其影响因素分析[Ｊ].电机与控制学报ꎬ２０１２ꎬ１６(１):８５－９１.(ＹａｎｇＣｈａｏ￣ｊｕｎꎬＺｈｅｎｇＷｕꎬＬｉＺｈｉ￣ｂａｏ.Ｔｏｒｑｕｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｓｐｅｅｄ￣ａｄｊｕｓｔａｂｌｅａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｄｉｓｋｔｙｐｅｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇａｎｄｉｔｓｉｍｐａｃｔｆａｃｔｏｒｓａｎａｌｙｓｉｓ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬ２０１２ꎬ１６(１):８５－９１.)[１７]于林鑫ꎬ王大志ꎬ李硕ꎬ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)ꎬ２０１７ꎬ３８(１１):１５２４－１５２９.(ＹｕＬｉｎ￣ｘｉｎꎬＷａｎｇＤａ￣ｚｈｉꎬＬｉＳｈｕｏꎬｅｔａｌ.Ｌｏｓｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｆｆｉｃｉｅｎｔｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｃｏｕｐｌｅｒ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ)ꎬ２０１７ꎬ３８(１１):１５２４－１５２９.)[１８]时统宇ꎬ王大志ꎬ石松宁ꎬ等.盘式永磁涡流驱动器解析建模和分析[Ｊ].电工技术学报ꎬ２０１７ꎬ３２(２):１５３－１６０.(ＳｈｉＴｏｎｇ￣ｙｕꎬＷａｎｇＤａ￣ｚｈｉꎬＳｈｉＳｏｎｇ￣ｎｉｎｇꎬｅｔａｌ.Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｓｋｔｙｐｅｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｄｒｉｖｅｒ[Ｊ].ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１７ꎬ３２(２):１５３－１６０.)[１９]何富君ꎬ仲于海ꎬ张瑞杰ꎬ等.永磁涡流耦合传动特性研究[Ｊ].机械工程学报ꎬ２０１６ꎬ５２(８):２３－２８.(ＨｅＦｕ￣ｊｕｎꎬＺｈｏｎｇＹｕ￣ｈａｉꎬＺｈａｎｇＲｕｉ￣ｊｉｅꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｅｄｄｙ￣ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｐｌｉｎｇｄｒｉｖｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１６ꎬ５２(８):２３－２８.)[２０]李德永ꎬ王鹏彧ꎬ王爽ꎬ等.双盘式磁力耦合器输出转矩模型及实验研究[Ｊ].煤炭技术ꎬ２０１８ꎬ３７(１１):２５６－２５８.(ＬｉＤｅ￣ｙｏｎｇꎬＷａｎｇＰｅｎｇ￣ｙｕꎬＷａｎｇＳｈｕａｎｇꎬｅｔａｌ.Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆｄｏｕｂｌｅｐｌａｔｅｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｅｒ ｓｔｏｒｑｕｅ[Ｊ].ＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１８ꎬ３７(１１):２５６－２５８.)６４７１东北大学学报(自然科学版)㊀㊀㊀第４２卷㊀㊀。
抽油机永磁耦合器的节能分析
彭芳庆等：抽油机永磁耦合器的节能分析第11卷第6期（2021-06）永磁涡流柔性传动技术从美国引进我国，目前在我国已逐渐被各行各业用户接受，已成功应用于冶金、石化、采矿、发电、水泥、纸浆、海运等行业。
永磁产品这一新兴产业经过近5年来的市场培养和产品完善，逐渐为电厂、石化、化工、钢铁、冶金、水处理等各行各业所接受，但是目前所有的应用都是作为联轴器或调速器应用于离心式负载，针对抽油机这一特殊应用场合，目前市场中还没有进行研究推广[1]。
1背景及介绍1.1抽油机工作状态下存在的问题抽油机是有杆抽油系统中最主要举升设备，其结构简单，制造容易，使用方便，长期在油田全天运转，使用可靠。
它的工作原理是：由动力机供给动力，经减速器将动力机的高速转动变为抽油机曲柄的低速转动，并由曲柄—连杆—游梁机构将旋转运动变为抽油机驴头的上、下往复运动，经悬绳器总成带动深井泵工作。
游梁式抽油机作为我国油田的主要采油机械，目前正常工作状态下的抽油机存在的问题主要有[2-3]：转动惯量大，且带载启动；要克服下行程中的反向发电冲击；要在不降低产量前提下的节能。
以上3点决定了配置较大功率的电动机才能提供足够的启动力矩，然而正常工作时需要的力矩又比较小，而这种低负荷的情况不但使得电动机装机成本提高，而且电动机的功率因数降低、效率也较低，导致电能的巨大浪费，而在不降低产量前提下，不降低电动机装机功率，理论上是不存在有功节能空间的[4]。
1.2抽油机永磁耦合器应用从游梁式抽油机电动机节能及改善抽油机运行状态的角度出发，根据日产油量、油井油压、电动机额定功率、额定转速、运转电压、功率因数、启动电流、运行电流、抽油机功率、减速箱速比等一系列实际数据，经科学计算等[5]，设计并应用永磁耦合器，代替原有抽油机皮带轮，确定更为准确的油田电动机的选型方案。
将永磁耦合器引入到电动机对抽油机的驱动环节，在不降低单位时间产能的前提下，利用磁场作用传递转矩，电动机与负载之间柔性连接，实现抽油机的延时启动，缓冲上下冲程换向过程的机械冲击，提高抽油机运行稳定性，延长设备使用寿命，降低电动机装机容量，实现油田抽油机节能降耗[6]。
(word完整版)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。
永磁耦合器
永磁耦合器工作原理●永磁耦合技术（涡流式磁力驱动技术）是美国能源部出资为海军舰艇开发的一项新的驱动连接技术，在2004年3月，美国海军经过两年多的验证后，对该技术产品实现了批量采购。
●永磁耦合器的工作原理是通过气隙将扭力从电机端传向负载端，设备传动侧与负载侧之间无物理连接。
位于传动装置一侧的永磁体和位于另一侧的导体产生的感应电流在交互作用下产生扭力。
只需通过改变气隙间距可以实现扭力的精确控制，从而达到速度控制。
●永磁耦合器由三个部分组成：1）永磁转子组件内含永磁体，与负载连接；2）导体转子组件与电机连接；3）执行组件，用于控制永磁转子与导体转子之间的气隙间距；●导体转子与永磁转子组件之间的相对运动在气隙内产生强劲的磁耦合力。
通过改变永磁转子与导体转子之间的气隙间隔可以调节输出速度。
磁感应原理离不开永磁体与导体之间的相对运动。
●永磁耦合器的输出扭力始终与输入扭力相等。
电机只需输出负载所需要的扭力即可。
●永磁耦合器传递扭力或控制速度的能力不会因为电机与负载之间轻微的角度失准或偏移失准受到影响。
实际上永磁耦合器可以消除因失准造成的振动。
由于气隙的存在，可以消除通过传动装置产生的振动传递。
当安装在某个系统内时，永磁耦合器均可接收和调整压力、流量、液位或其它过程控制信号，进而发信号给执行器调整气隙，从而调节负载的速度，满足控制需要。
永磁耦合器的优势永磁耦合器的主要优势有以下：•节约能源；•可无极调速，调速范围为0～98％；•允许存在轴对中偏差，能最大限度隔离并减少振动，从而延长轴承和密封件寿命；•纯机械设备，可靠性增强，降低了设备维护成本；•可以实现缓冲和延时启动，允许存在冲击负载；•不存在谐波失真或能源质量问题；•能够在恶劣的环境下运行；永磁耦合器专门为使用传统可调速产品中总成本较高的设备用户设计。
我们创新性地应用电磁耦合新技术：通过降低维护成本、增强过程可用性、提高能源效率，为我们的客户节约使用成本。
标准型磁力耦合器
Standard Type Permanent Magnet Eddy Current TransmissionStandard Type Pernmanent Magnet Eddy Current Transmission mainly include the copper rotor,permanent magnet rotor.Generally copper rotor (Steel rotor with copper ring)connect with motor shaft,permanent magnet rotor (aluminum rotor with permanent magnets)connect with load shaft.There is only a air-gap between copper rotor and permanet magnet rotor without mechanical connection fortransmissing the torque.When the motor rotates,the copper ring of copper rotor cut the magnetic field lines of permanent magnet,generate inductive eddy current and creates a magnetic field in copper rotor,thereby transmitting torque accross the air-gap.Allowed adjust the air-gap within a certain range to achieve the required torque transmission and speed delivery requirements.Few day-maintenance,low operation cost,almost maintenance-free products Accept misalignment,centration error 5mm (max),angular error 2.5(max)。
永磁耦合器简介
制造工艺与流程需要运用先进的制造技术和设备，以提高生产效率和产品质量。
03
永磁耦合器的性能参数
传递功率与效率
传递功率
永磁耦合器能够传递的功率范围广泛 ，从小型电机驱动到大型工业设备都 能适用。其传递功率的大小取决于耦 合器内部磁路的设计和磁钢的配置。
市场需求
随着工业自动化和智能制造的快速发展，永磁耦合器市场需求不断增长，特别是在能源、化工、电力、交通等高 能耗和高风险领域，对永磁耦合器的需求尤为迫切。
竞争格局
目前，永磁耦合器市场主要由几家大型企业占据主导地位，但随着技术的不断进步和市场需求的多样化，越来越 多的中小企业开始进入这一领域，市场竞争日趋激烈。
新能源
随着新能源技术的不断发展，永磁耦 合器在风力发电、太阳能发电等领域 的应用也越来越广泛，能够提高发电 效率并降低能源损失。
永磁耦合器的优势与局限性
优势
永磁耦合器具有高效、稳定、安 全可靠、节能环保等优点，能够 提高系统的稳定性和可靠性，降 低能源损失和维护成本。
局限性
永磁耦合器的制造成本较高，且 在传递大功率能量时需要解决散 热问题，同时需要控制磁路的通 断，对控制系统的要求较高。
高效稳定
由于其具有较高的传递效率和较长的使用寿命，永磁耦 合器在工业领域中得到了广泛应用。
永磁耦合器在工业传动系统中主要用于连接电动机和减 速机等设备，实现高效稳定的动力传输。
案例分析：某工厂采用永磁耦合器替代传统的皮带传动， 实现了更稳定的动力传输和更高的生产效率。
应用案例二：新能源汽车驱动系统
品质管理
建立严格的质量管理体系，确保产品 的一致性和可靠性，提升竞争力。
永磁耦合器说明书
永磁耦合器无连接扭矩传递技术永磁耦合器是根据导磁体和永磁体之间的相互磁力耦合作用来传递扭矩的，是一种无机械连接的软启动设备，传递效率能达到95%以上，实现电机节能15%以上，提高功率因数0.2以上。
主要应用设备为泵、风机、离心负载、皮带运输机及其它机械装置，应用广泛。
永磁耦合器一、产品工作原理永磁耦合器是通过切割磁力线来传递转矩的，是一种创新型的传动链接产品。
永磁耦合器属于耦合传动的一种，可以实现非接触性的动力传递。
它是由两个独立的，没有任何接触的转体组成，这两个转体之间有一定的空隙。
其中导体转子（棕色）与电机输出端联接，永磁转子（紫色）与负载输入端联接。
电机转动过程中即导体转子与永磁转子产生相对运动，交变磁场通过气隙在导体转子铜盘上产生涡流，同时涡流产生感应磁场与永磁场相互作用，由于负载转矩作用，被动永磁转子仍处于静止，当主动导体转子转过一个角度后，其和永磁转子之间存在一定的转差角，从而使得静止的平衡状态被打破，主动端所转过的角度的大小取决于负载转矩的大小，此时从动端会受到电磁力矩的作用，电磁转矩随着主动端与从动端的转差角的增加而增大；当电磁转矩超过负载转矩时，从动端开始转动。
此后，在电动机的驱动下，主动端将与从动端保持一定的转差角度同步运行。
从而带动永磁转子沿着与铜转子相同的方向旋转，结果在负载侧输出轴上产生转矩，带动负载做旋转运动。
来实现动力的无接触传递。
实现电机与负载之间的扭矩传递。
永磁耦合器所能承受的最大负载转矩由静转矩特性的峰值转矩决定，当负载转矩值超过该峰值大小时，将会产生失步现象。
（附永磁耦合器原理图）。
原理图原理图上：棕色--代表导体转子紫色--代表永磁转子导体--为铜盘说明：此图用于对工作原理解释，并非实物结构图。
永磁耦合器效果图图1 图2 图3效果图上：灰色--代表导体转子橄榄色--代表永磁转子铁红色--代表铜盘※该永磁耦合器是由导体转子（铜导体）、永磁体转子组成，两者无连接。
永磁耦合器
永磁耦合器一、背景当前，国内的企业的风机和水泵所采用的调速方式大部分是变频调速。
鉴于变频调速器在生产运行中所出现的问题，尤其是变频设备故障的不确定性，给企业生产上带来了隐患，直接影响了生产运行的连续性、稳定性以及可靠性；也给企业带来了较大的经济损失，这种损失通常是因为电气设备故障时，造成停机。
而采用大功率调速型永磁耦合器调速方案取代目前的变频器调速方案（即改变间接控制到直接控制形式），则可获得使用变频器调速方案所无可比拟的绝对优势。
二、分析比较我们就企业最为关心的以下四个方面来进行分析比较：(一) 系统的可靠性永磁耦合器永磁耦合器是一个纯机械的产品，性能稳定，对供电电源没有任何要求，且使用中不会对电网产生高次谐波污染（高次谐波的污染对电网产生的危害众所周知，这里不再赘述）。
因为不用电，所以不存在电磁干扰问题。
高压变频器尽管变频器目前技术比较过关，但是作为一个高度复杂的电子设备而言，其运行中故障的不可预见性、不确定性还是有目共睹的。
首先对环境的要求十分苛刻，专用房间要密封、防尘，夏季要有空调来保持设备正常运行所要求的温度，辅助设施投入较大。
其次对供电电源有一定的要求，电子设备易受电磁干扰会造成变频器设备运行的不可靠。
同时在变频器运行时，对电源系统也会产生高次谐波污染，破坏电网的质量，严重时甚至影响电子设备的稳定运行，需要用户采用其他设备（滤波器）来消除。
另外，由于采用变频器时，电机与负载之间的轴连接是接触式的，不具备减少轴承、密封损坏的优点。
(二) 长期运行的稳定性永磁耦合器永磁耦合器具有机械结构简单，一旦安装完成投入使用，基本不受使用环境的干扰和影响，运行稳定可靠。
因为不用电，所以不存在电磁干扰问题。
由于采用永磁耦合器时，电机与负载之间的轴连接是非接触式的，因此，负载的震动不会传递到电机上；也正是由于轴连接是非接触式的，所以带来了两方面的好处，一是安装时“对中”要求低；二是在长期运行中不会产生因为直接的轴连接而带来的轴承、密封的损坏，保证设备的使用。
永磁调速器永磁耦合器产品简介
永磁调速器永磁耦合器——青岛斯普瑞机电科技有限公司产品简介一．公司简介青岛斯普瑞机电科技有限公司成立于2008年，是一家专注于永磁驱动技术研发、生产、销售和服务的高新技术企业。
公司多项产品技术水平为国际领先。
拥有完全独立知识产权，截至2010年底，公司已申请专利16项，已取得国家专利证书7项。
公司获得了省市科技部门的大力支持，目前正在进行高新技术产品认定。
企业愿景：技术创新，引领未来公司价值观：客户第一、合作、学习、创新、诚信磁涡流驱动技术是一种革命性的连接驱动技术，综合应用机械、材料、电磁感应、制造、控制、热工技术的集成技术，基于此技术研发的产品永磁耦合器和永磁调速器具有无机械接触、高效驱动、高效节能、维护简单、寿命长等特点，是革命性的驱动节能产品。
产品应用行业：石油/石化、天然气、发电/热电、煤矿、钢铁、冶金、造纸、中央空调、化工、船舶、水泥、供水、水处理、港口机械等。
公司承接多家企业的风机、泵类、皮带运输机等设备永磁驱动、永磁调速节能项目，效果显著。
低碳经济，电机节能，永磁调速，青岛斯普瑞！二．产品介绍1．永磁调速器永磁调速器：是在永磁耦合器的基础上加入调节机构，调节器调节筒形永磁转子与筒形导体转子在轴线方向的相对位置，以改变永磁转子和导体转子耦合的有效部分，即可改变两者之间传递的扭矩，能实现可重复的、可调整的、可控制的输出扭矩和转速，实现调速节能的目的。
永磁调速器主要由三个部件组成：永磁转子、导体转子、调速机构优点：平滑无级调速，调速范围0-98%，实现高效节能，节电率为10-50%简单、可靠，机械结构，无需外接电源柔性启动，减少电机的冲击电流，延长设备使用寿命隔离振动，无机械连接安装简便，容忍较大的对中误差能适应各种恶劣环境，包括电网电压波动大、谐波严重、易燃易爆、潮湿、粉尘等场所延长传动系统各主要部件（轴承，密封等）的使用寿命，降低维护成本绿色环保，无谐波，无污染物、无EMI（电磁波）干扰问题使用寿命长，可达30年投资效益高，投资回收快。
磁力耦合器性能
磁力耦合器性能
磁力耦合器性能，磁力耦合器也被专业人士称为磁力联轴器、永磁传动装置。
目前，我国生产的永磁涡流传动装置主要是由三个部分组成的，即铜转子、永磁转子和控制器。
在正常的情况下，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。
该结构就保证了电机和工作机之间形成了磁连接，从而达到调节气隙来实现工作机轴扭矩、转速的变化目的。
目前，我国的磁力耦合器绝大多数都是通过调节气隙进行改变工作机轴扭矩、转速，从而使其能适应正常的生产。
根据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。
在实际的生产当中，企业要选择适合的自身生产的实际情况，选择适合的永磁涡流传动装置。
实际上，永磁涡流传动技术并非只是简单地利用磁体的同性相斥、异性相吸的原理，它还结合了传动技术、材料技术、制造技术。
技术的结合使其具备了更好的使用价值，并能制
造出适应常规条件下运行的机器和设备，还能使用在极端恶劣的环境当中。
因此，该装置成为许多工作环境比较恶劣的场所，从而保证生产的正常进行。
目前，我国的磁力耦合器制造技术还在不断的改进，未来的产品将更加符合实际，并使其具备节能环保性能，从而保护环境。
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。
永磁耦合器永磁调速器
• 青岛斯普瑞机电科技有限公司自成立之日起一直 专注于永磁驱动技术产品的研究、开发、生产， 目前，公司的1600Kw永磁耦合器和630Kw空冷型永 磁调速器业绩均为业内最大功率。 • 公司在永磁耦合器和永磁调速器领域已申请16项 专利，已获得一项发明专利证书和七项实用新型 专利。
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国家政策
永磁调速技术
最简单、可靠的调速节能装置
想象
调速节能 缓冲脉冲式冲击 安装简便 缓冲启动 对中不准下运转 构造简单
一个纯机械装置 .. 无需用电, 无机械连结
隔离震动 可靠 / 少维护 无谐波干扰
延长设备寿命
• 永磁调速器是在永磁耦合器的基础上加入调节机 构，改变永磁转子和导体转子耦合的有效部分， 即可改变两者之间传递的扭矩，能实现可重复的 、可调整的、可控制的输出扭矩和转速，实现调 速节能的目的。
永磁耦合器特点：
• • • • • • • • 高效节能 免维护(无易损件 ) 安装简单(无需准确对中) 高效扭矩传输(兼具节能效果) 允许冲击负载(负载被缓冲及滑移) 隔离震动 柔性启动 理想应用场合: - 输送带 (减少皮带冲击) - 风机、水泵（柔性启动，节能） - 脉冲型的负载 (如引擎，往复式空压机，抽油机) - 运行中容易发生偏心引发异常振动（如破碎机）
降低拥有者总成本
通常初次购置成本 仅占全部寿命成本 50% 以内 减少能源用量 降低操作费用 减少事故发生
初次购置成本
改造 & 配套成本 仅需现场局部改造 或预留有限空间
降低运行成本
减少维护成本 增加机械寿命 减少备品备件
降低拥有者总成本
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永磁调速驱动器应用场合
• • • • • • • • • 节能需求 可靠度要求高 环境对谐波或电磁波要求高 调速,控制需求 环境恶劣 难以排除之震动 脉冲型负载 热胀冷缩,对中不易 …
关于永磁耦合器的原理介绍
关于永磁耦合器的原理介绍永磁耦合器是一种基于磁力传递而实现动力互联的设备。
它通过磁场作用，实现两个或多个旋转部件之间的动力传递，从而达到旋转同步、模块化等功能。
与传统的机械耦合比较，永磁耦合器具有无接触、无磨损、无噪音、定位精度高等优点，已经在多种领域得到广泛应用。
永磁耦合器的基本结构构成永磁耦合器的基本结构由外转子和内转子两部分组成。
外转子由外转子磁铁、外转子轴承、外转子壳体等组成，轴承用于支撑外转子磁铁旋转。
内转子则由内转子磁铁、内转子轴承和内转子壳体等组成，轴承用于支撑内转子磁铁旋转。
外转子与内转子的转轴相交且轴线共线，形成两根共线的旋转轴，完成永磁耦合器的动力传递。
永磁耦合器的工作原理永磁耦合器依靠磁力作用实现动力传递。
其工作原理可以简单分为两步：1.磁铁产生磁场外转子磁铁和内转子磁铁都由若干个“N”极和“S”极的磁铁组成，放在一定的位置上，它们就会产生一个强磁场。
外转子磁铁和内转子磁铁之间的磁场依靠一定的间隙传递。
2.磁场传递外转子的磁力线通过外转子壳体、空气间隙、内转子壳体传递到内转子的磁铁，从而在内转子磁铁上产生磁力线。
内转子的磁力线也是通过内转子壳体、空气间隙、外转子壳体传递到外转子的磁铁。
因为内转子磁铁与外转子磁铁之间存在一定的磁力线的耦合，通过磁力的作用，它们可以进行动力传递。
当外转子转动时，由于磁力的牵引，内转子也会跟着旋转，从而实现动力传递。
永磁耦合器的应用领域永磁耦合器具有无接触、无磨损、无噪音、定位精度高等特点，被广泛应用于多个领域，包括：化工化工生产中存在大量的液体和气体传输，必须经常断开和连接设备。
永磁耦合器因为无需机械连接，不会产生泄漏和污染，因此在化工传输设备和反应器中得到了广泛应用。
医疗器械医疗器械中有很多需要旋转的设备，如离心机、显微镜等。
永磁耦合器可以精准控制转速和转动方向，减少机械损坏和操作风险。
食品行业食品行业在生产中也需要频繁地断开和连接设备，同时需要容易清洗的设备。
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科技成果——永磁涡流耦合器
技术开发单位
东北大学
成果简介
永磁涡流耦合器，又称永磁调速器和永磁驱动器，它是通过调节气隙长度控制输出转速/转矩的一种全新理念的调速节能设备，采用了纯机械式结构，利用磁场间的作用力传递转矩，实现了非接触传递能量，已成为永磁传动技术应用中的一个研究热点。
2012年11月，“永磁涡流柔性传动节能技术”被列入国家发改委《国家重点节能技术推广目录（第五批）》第28项；2014年7月永磁涡流柔性传动节能技术列入工信部《国家重点推广的电机节能先进技术目录》第22项；2014年7月永磁涡流柔性传动节能技术列入辽宁省科技厅、发改委、经信委、环保厅《辽宁省重点节能减排技术目录（第二批）》。
永磁涡流耦合器使动力驱动端和负载端之间完全隔离，完美解决了隔离有害振动、过载保护、电机安全带载启动等诸多问题，且体积小转矩密度大、无需润滑、对电网无谐波反馈，因此在油化工、冶金、电力等行业中得到广泛应用，并获得了辽宁省科技进步二等奖、鞍山市科技进步特等奖、国家专利优秀奖等。
应用情况
前期开发以高校科研为主，以企业研发为辅，部分正在与企业进行合作。
市场前景
项目前期研发已基本完成，转化后市场效益前景广阔，有良好的社会效益和经济效益。
合作方式
技术入股、合作开发。