大惯性负载下永磁耦合器的设计及传动分析

点击量：2536   日期：2019-03-05

    针对大惯性负载的特性设计了一种永磁耦合器。采用有限元方法进行了三维电磁场数值计算,得到了耦合器的电磁场分布规律。用Ansoft软件分析、优化了影响永磁耦合器传动性能的一些关键参数。搭建了Simulink系统传动模型,分析了系统在是否使用永磁耦合器这两种情况下电机的起动过程。将仿真结果与实际生产现场的测量数据作比较,结果表明:在该系统中永磁耦合器能代替变频器工作,实现电机的软起动。研究方法和结果为大惯性负载下设计相应配套的永磁耦合器提供了理论依据。

    通过对磁力耦合器的电磁场分析和传动系统的起动过程仿真，获得以下结论，可以为大惯性负载特性的永磁耦合器的优化设计提供理论依据。
    1)通过对永磁耦合器进行电磁场分析，得出铜盘上的涡流环在圆周方向呈周期性分布，径向分布不均匀;耦合器的气隙磁密分布波形近似为周期性的正弦波，随着主动侧和从动侧之间转速差的变大，波形更容易发生畸变。
    2)在一定范围内增大永磁体的厚度，能够有效提高耦合器的气隙磁密和输出转矩，超出了这个范围，永磁体的利用率会降低。同时，永磁体的厚度增加，耦合器的轴向力也会随之变大。所以，综合考虑，永磁体的厚度设计为16mm。
    3)调节耦合器的空气隙长度也能够改变耦合器的气隙磁密和输出转矩。空气隙越大，耦合器的气隙磁密、输出转矩和轴向力越小。综合考虑，在系统正常工作时，尽量减小空气隙长度，有利于提高耦合器传动能力。本文中，耦合器正常工作时的空气隙长度为3mm。
    4)在一定范围内增大耦合器主动侧与从动侧的转速差，能够提高耦合器的输出转矩，超过这个范围，耦合器的输出转矩就会逐渐减小。本文中，耦合器正常工作时的转速差设置为40r/min。
    5)大惯性负载的传动系统起动时，使用耦合器能够延长电机的起动时间，减小负载对电机的冲击。

这与实际生产现场中，用变频器控制电机软起动的效果是相似的。由此可见，本文所设计的永磁耦合器在大惯性负载的传动系统中，能够替代变频器工作。在电机刚开始起动时，使耦合器的空气隙长度调到最大，等电机完全起动后再将耦合器的空气隙长度调小。

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