磁耦合器的相關(guān)參數(shù)仿真分析

(鄭州大學(xué)機械工程學(xué)院 河南 鄭州 450001)

一、工作原理

磁耦合器的由兩部分組成：主動段和從動端。主動段包括銅盤、導(dǎo)磁盤、主動軸以及連接板；從動軸包括鋁盤、永磁體。當(dāng)電機啟動，主動軸帶著銅盤高速旋轉(zhuǎn)，切割永磁體產(chǎn)生的磁感線，在銅盤表面形成渦電流，從而形成感應(yīng)磁場。感應(yīng)磁場與永磁體形成的原磁場相互作用實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的傳遞。

二、仿真模型的建立

圖1為仿真模型基本結(jié)構(gòu)。耦合器的結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，因此在仿真分析時對單面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析即可達(dá)到相關(guān)性能參數(shù)的分析要求。

圖1 永磁耦合聯(lián)軸器的仿真模型

三、磁耦合器外形尺寸

基于電機的內(nèi)徑75mm，聯(lián)軸器內(nèi)徑為以100mm進(jìn)行仿真分析。為直觀分析磁耦合器中外形尺寸的變化規(guī)律，取聯(lián)軸器的徑向有效尺寸(即聯(lián)軸器的外徑減去內(nèi)徑得到的尺寸)為橫坐標(biāo)，得到其外形尺寸對轉(zhuǎn)矩和軸向力曲線如圖2所示。

圖2 試驗實體圖

由圖8可知，磁耦合器外形尺寸增加，轉(zhuǎn)矩也增加。其外形尺寸對整體結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)矩都有較大影響。在滿足安裝空間、剛度、轉(zhuǎn)矩、軸向力的前提下聯(lián)軸器的外形尺寸可以適當(dāng)大一些。

四、銅盤厚度

通過仿真，轉(zhuǎn)矩和軸向力隨著厚度的變化趨勢，如圖3所示。

圖3 試驗值與仿真值對比分析圖

由圖3可知，隨著銅盤厚度的增加，轉(zhuǎn)矩先增加后減小，這是因為當(dāng)銅盤達(dá)到一定厚度后，銅盤厚度增加，相當(dāng)于增加銅盤渦電流橫截面積，其對應(yīng)的阻渦電流增加，感應(yīng)磁場也增大，因此轉(zhuǎn)矩增加。持續(xù)增加會由于集膚效應(yīng)，電阻值不再減小，但增加了永磁體與導(dǎo)磁體之間的厚度，漏磁也增加。因此在滿足正常工作所需輸出轉(zhuǎn)矩的前提下，對應(yīng)的銅盤的厚度可在4～6mm之間選取。

四、結(jié)論

對于90kw的磁耦合器銅盤厚度的可在4～6mm范圍內(nèi)選取。在滿足安裝空間、剛度、轉(zhuǎn)矩、軸向力的前提下聯(lián)軸器的外形尺寸可以適當(dāng)大一些。