大功率磁耦合器结构参数仿真分析

(郑州大学机械工程学院 河南 郑州 450001)

一、结构与工作原理

磁耦合器由导体转子和永磁体转子组成，其中导体转子包括：主动导磁盘和铜盘，永磁体转子包括从动导磁盘、铝盘、永磁体。基本结构如图1所示。工作原理：电机启动，带着主动轴高速旋转，连接着的铜盘因切割永磁体所产生的磁感线，在铜盘表面形成等效涡电流，涡电流会产生反感磁场，反感磁场与原磁场相互作用实现转矩的传递，带动从动轴转动，实现转矩速的传递。

1.主动轴 2.法兰 3.导磁盘 4.导体盘 5.连接板 6.固定块 7.负载轴 8.传动销轴 9.导磁盘 10.永磁体 11.铝盘

图1磁耦合器的基本结构

二、仿真模型的建立与研究

磁耦合器是左右对称的结构，仿真分析时可取单进行分析，转矩只需达到一半即可。仿真的基本参数为：永磁体数量为12块，气隙大小为2mm，铝盘厚度为16mm。下面对影响磁耦合器的主要参数进行分析。

三、转速差

转速差直接影响着传递的效率。通过仿真得到不同功率输出转矩随着相对转速变化的曲线如图2所示。

图2 转速差与转矩的对应关系

由图2可知，随着相对转速的增加，转矩呈现先上升后下降的趋势。这是由于相对转速和转矩成正比，随着相对转速增加，转矩亦增加。当转矩达到峰值，增加相对转速，铜盘的涡流损耗也增加，因此相对转速达到峰值后，持续增加相对转速转矩会减小。因此在满足正常工作所需输出转矩的前提下，相对转速均可在80～100r/min范围内选取。

四、永磁体的厚度

在保证其他参数不变的情况下，改变磁耦合器的永磁体的厚度，得到永磁体厚度与转矩的变化曲线如图3所示。

图3 转矩与永磁体厚度的关系

由图3可知，转矩与永磁体厚度成正比关系。原因是永磁体的厚度增加，永磁体所产生的磁电动势变大，气隙磁密度变大，传递的转矩就变大。随着永磁体厚度持续增加，磁阻也相应增加，当厚度增大到一定值后，磁阻的增加抵消了磁电动势的增加。不同曲线变化趋势大致相同下，不同功率永磁体厚度均可在17～22mm范围内选取。

五、结论

磁耦合器转速差在80～100r/min范围内选取时，能满足输出转矩的要求。永磁体的厚度直接影响着转矩与轴向力，并且直接关系成本，由仿真分析可得，磁耦合器的永磁体厚度可在18～24mm范围内选取。