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双层实心异步磁力联轴器的涡流和传动特性分析

发布者:鑫程机械  发布日期:2020-07-04

双层实心异步磁力联轴器的涡流和传动特性分析

随着磁力机械的发展,异步磁力联轴器在炼油、化工、煤炭、农业机械等行业的电机与负载之间或其他相关机构的动力传输装置中有着良好的应用前景。相对于传统的机械式联轴器,异步磁力联轴器在传动过程中可以实现内转子与外转子的非接触传动,从而不存在机械摩擦和磨损,避免了振动的干扰,减小了传动部件的损耗

对于可调速式的异步磁力联轴器还可以实现电机的软启动和过载保护功能。实心转子异步磁力联轴器当外转子在电机驱动下转动时,与内转子产生相对运动,即会在铜导体中感生出涡流,而涡流产生的感应磁场又与永磁体产生的磁场相互作用,通过磁场耦合使得内转子和外转子实现同向旋转,即实现了电机与负载之间无机械连接的扭矩传递。

模拟结果与分析在进行电磁场有限元分析时,对磁力联轴器模型的各表面定义相对磁导率和电导率等物理参数,网格划分时对铜层和气隙区域划分相对较细的有限单元。由于扭矩是磁力联轴器的主要传动性能指标,可以看出,在初始阶段扭矩逐渐加大,然后慢慢减小,趋于平稳,传动比较平稳。

2特性分析

2.1永磁体厚度当磁力联轴器的磁极对数、铜层厚度、气隙厚度以及永磁体轴向长度等参数不变时,仅改变永磁体厚度,模拟后得到永磁体厚度与涡流密度和扭矩的关系,这是由于随着厚度的增加,磁阻和漏磁也相应增加,永磁体耦合面上的剩余磁感应强度也降低,当厚度增加到一定值后,所增加的磁通密度几乎全部消耗在增加的磁阻和漏磁上。为了提高永磁体的利用率及节约成本。

2.3磁力联轴器转动时磁势主要消耗在气隙与永磁体上,气隙厚度越大,消耗在气隙上的磁通密度越大,铜层上感生的涡流也就越小,从而导致永磁体的利用率降低。为了既保证扭矩传递的需要,同时又要充分利用永磁材料,降低磁力联轴器的制造成本,在保证能够装配的情况下,气隙厚度选择1~mm即可。

2.铜层与永磁体轴向长度比铜层与永磁体轴向长度差对铜层内的涡流及输出扭矩的影响称为端部效应,当磁力联轴器的磁极对数、气隙厚度、永磁体厚度以及永磁体轴向长度等参数不变时,仅改变铜层轴向长度,通过三维模拟分析得到不同铜层轴向长度与永磁体轴向长度之比与涡流密度和扭矩的关系。此时磁力联轴器的传动性能达到较好,综合考虑生产成本、功率损耗以及扭矩需求等多方面因素,长度比在1.021.1范围内选择较为合适。

2.不同导体材料内转子外层上不同导体材料的电导率不同,导体切割磁力线时产生的涡流密度大小也不同,因此涡流产生的感应磁场与原磁场耦合输出的扭矩也不同。当磁力联轴器的磁极对数、气隙厚度、永磁体厚度以及永磁体轴向长度等参数不变时,仅改变导体层的材料,模拟后得到不同材料的外层导体与涡流密度和扭矩的关系。可以看出,随着电导率的减小,扭矩和和涡流密度也相应减小。

为了验证模拟分析的正确性,利用磁力传动试验台对磁极对数为对极,双层实心异步磁力联轴器进行了试验验证。试验中通过调节直流稳压电源的输出电压,增加磁粉制动器的制动转矩,控制磁力联轴器的外载,得到不同转差率下的输出扭矩。不同输入转速下输出扭矩的试验值和模拟值,可以看出,随着转差率和输入转速的增加,扭矩也增加,这是由于转差率和输入转速越大,单位时间内铜层切割磁力线的次数越多,产生的涡流密度越大,涡流产生的感应磁场

与原磁场耦合输出的扭矩越大。为了看出试验值与模拟值的误差,有限元计算结果与试验结果吻合地较好。试验值比模拟值小,这是由于联轴器实际工作时,存在其他的损耗,包括转子铁损和机械摩擦损耗,这些损耗会降低输出的扭矩等;

另一方面,在模拟计算时,为了便于分析,忽略了永磁体的漏磁等影响,可以考虑采用一定的修正系数来进行修正。

利用有限元软件对给定参数条件下的双层实心异步磁力联轴器进行了电磁场模拟分析,并通过试验得出扭矩随转差率和输入转速的增加而增加,验证了模拟分析结论的正确性,模拟分析结论如下:随着气隙厚度的加大,涡流密度和扭矩都是逐渐减小。为了既保证扭矩传递的需要,同时又要充分利用永磁材料,降低磁力联轴器的制造成本,随着铜层厚度的增加,扭矩是先加大后减小。铜层轴向长度与永磁体轴向长度之比越大,输出扭矩越大,综合考虑生产成本、扭矩需求等多方面因素。


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