磁耦合器的相关参数仿真分析

(郑州大学机械工程学院 河南 郑州 450001)

一、工作原理

磁耦合器的由两部分组成：主动段和从动端。主动段包括铜盘、导磁盘、主动轴以及连接板；从动轴包括铝盘、永磁体。当电机启动，主动轴带着铜盘高速旋转，切割永磁体产生的磁感线，在铜盘表面形成涡电流，从而形成感应磁场。感应磁场与永磁体形成的原磁场相互作用实现转矩的传递。

二、仿真模型的建立

图1为仿真模型基本结构。耦合器的结构为对称结构，因此在仿真分析时对单面结构进行分析即可达到相关性能参数的分析要求。

图1 永磁耦合联轴器的仿真模型

三、磁耦合器外形尺寸

基于电机的内径75mm，联轴器内径为以100mm进行仿真分析。为直观分析磁耦合器中外形尺寸的变化规律，取联轴器的径向有效尺寸(即联轴器的外径减去内径得到的尺寸)为横坐标，得到其外形尺寸对转矩和轴向力曲线如图2所示。

图2 试验实体图

由图8可知，磁耦合器外形尺寸增加，转矩也增加。其外形尺寸对整体结构与转矩都有较大影响。在满足安装空间、刚度、转矩、轴向力的前提下联轴器的外形尺寸可以适当大一些。

四、铜盘厚度

通过仿真，转矩和轴向力随着厚度的变化趋势，如图3所示。

图3 试验值与仿真值对比分析图

由图3可知，随着铜盘厚度的增加，转矩先增加后减小，这是因为当铜盘达到一定厚度后，铜盘厚度增加，相当于增加铜盘涡电流横截面积，其对应的阻涡电流增加，感应磁场也增大，因此转矩增加。持续增加会由于集肤效应，电阻值不再减小，但增加了永磁体与导磁体之间的厚度，漏磁也增加。因此在满足正常工作所需输出转矩的前提下，对应的铜盘的厚度可在4～6mm之间选取。

四、结论

对于90kw的磁耦合器铜盘厚度的可在4～6mm范围内选取。在满足安装空间、刚度、转矩、轴向力的前提下联轴器的外形尺寸可以适当大一些。