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调磁式异步磁力联轴器是基于磁场调制原理和电磁感应原理而设计的新型磁力传动机构,因其结构设计采用调磁装置,使得从动鼠笼转子气隙磁场转速得以改变,因而在其低速运行时更易启动,也实现内外转子转速变换的作用。调磁式异步磁力联轴器拓展了传统感应式磁力联轴器的结构形式与使用功能,可广泛用于医药、化工、风电、煤矿、核能等行业的动力传递系统中,因此具有较好的理论研究意义和工程实用价值。
首先提出了一种调磁式异步磁力联轴器的结构方案,对机构零部件结构、材料选用、永磁材料磁化及排布方式进行设计。运用磁路分析法,研究分析调磁式异步联轴器空载和负载两种状态下的磁路结构,对不同结构的磁路进行磁路计算,得到磁路中主磁通与漏磁之间的关系,为磁路分析设计提供理论基础。利用磁场调制原理,总结联轴器气隙磁场磁密分析计算公式,并设计了联轴器的传动比。定量分析静态气隙磁场影响因素对机构气隙磁场的影响关系,为后续机构瞬态分析提供基础。
着重分析鼠笼转子负载下的电磁关系,通过一定假设条件以分层理论建立转子导条感应电势的数学模型,求解出转子感应电流的理论表达式,并探讨了联轴器各种损耗及转矩的计算方法,为研究调磁式异步磁力联轴器负载工作提供理论分析基础。利用有限元分析软件Ansoft构建联轴器二维瞬态分析模型,得到磁力联轴器瞬态磁场分布情况、鼠笼转子导条上感应电流分布特点、联轴器的瞬时转矩曲线及损耗曲线,瞬态分析结果反映调磁式异步磁力联轴器启动及正常工作的传动特性及负载能力。
分析影响联轴器转矩性能的相关因素,其结果表明:增加永磁体厚度可提升输出转矩,但厚度增加过多对转矩提升无明显效果;调磁极片长度越小则转矩输出越高,但调磁装置结构强度有所下降;槽宽比变化使得转矩出现变化,当槽宽比为1时转矩输出达到最佳;在一定转速差范围内联轴器转矩随转速差增加而增大,但较高转速差会使转子输出转矩能力下降。研究结果为调磁式异步磁力联轴器的后续优化提供重要依据。