恒负载工况下调速型磁力偶合器气隙特性研究.pdf

第 4 3卷 第 1 1期 2 0 1 7年 1 1月 工矿 自 动化 I ndu s t r y a nd M i ne Au t oma t i on V0 L 4 3 NO ． 1 1 NO V ． 2 O 1 7 文章编 号 1 6 7 l ～ 2 5 1 X 2 0 1 7 1 1 ～ 0 0 7 4 0 6 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 1 1 ． 0 1 5 恒负载工况下调遮型磁力偶合器气隙特性研究 郭永存 ， 陈健 康 ， 胡坤 ， 王鹏 或 ， 王 爽 ， 方 成 1 ． 安徽 理工 大学 安 徽矿 山机 电装 备协 同创新 中 心 ，安徽 淮 南 2 3 2 0 0 1 ； 2 ． 中国科学院 合肥物质科学研究院 ， 安徽 合肥 2 3 0 0 0 0 摘 要 以轴 向永磁 异 步调速 型磁 力偶合 器 为研 究对 象 ， 基 于磁路 法建立 了磁 力偶 合 器输 出转速 与 气 隙的 数 学模型 ， 分析 了磁力偶合 器的气隙特性， 研究 了恒 负载工况下磁力偶合 器的气隙与输 出转速 的关系， 获得 了磁 力偶合器在不同气隙下对应的输 出转速变化规律 随着永磁体盘和铜盘之间工作气隙的增加 ， 磁力偶合 器输 出转速 逐渐 减 小 ， 当气 隙从 2 ． 5 ～1 2 ． 5 F i l m 线性 增加 时， 输 出转速从 7 7 3 r ／ mi n逐 渐减 小至 7 2 3 r ／ mi n； 当 负载 转矩 一定 时 ， 随着 气 隙的增加 ， 功 率损 耗逐 渐增 加 ， 当气隙从 2 ． 5 ～ 1 2 ． 5 mm 线性 增加 时 ， 实验 功 率 损 耗 从 5 6 5 w 逐 渐增加 至 1 6 1 3 W ， 在 实际运行 中 ， 可 以通过 适 当减 小 气隙 来减 小功 率损耗 。这一研 究结果 对 调 速型磁 力偶合 器在 恒 负载 工况 下的输 出转 速控 制具 有 一定 的指 导意 义 。 关 键词 调速 型磁 力偶 合 器 ；气隙特性 ；输 出转速 ；恒 负载转 矩 ；功 率损耗 中图分类 号 T D6 1 4 文献 标 志码 A 网络 出版 时间 2 0 1 7 1 O ～ 2 7 0 9 2 4 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ k n s ． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 7 1 0 2 7 ． 0 9 2 4 ． 0 1 5 ． h t mI 收稿 日期 2 0 l 7 一 O 5 2 6 ； 修 回日期 2 0 1 7 - 0 7 1 8 ； 责任编辑 张强。 基金项 目 高等学校博士学科点专项科研基金项 目 2 0 1 3 3 4 1 5 1 1 0 0 0 3 ； 安徽省教育厅科研基金项 目 KJ 2 0 1 6 A1 9 9 。 作者简介 郭永存 1 9 6 5 一 ， 男 ， 安徽舒 城人， 教授 ， 博 士研究生导师 ， 主要研究方 向为永磁涡流传 动 ， E ma i l g u o y c a u s t ． e d u ． c n。通 信作者 陈健康 1 9 9 3 一 ， 男， 安徽合肥人 ， 硕士研究生 ， 主要研究方 向为永磁调速 型磁力偶合器 ， E - ma i l 1 8 0 7 9 7 6 0 3 0 q q ． c o rn。 引用格式 郭永存 ， 陈健康 ， 胡坤 ， 等． 恒负载工 况下调速 型磁力偶合器气 隙特性研究[ J ] ． 7 - _ 矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 1 7 4 7 9 ． GU0 Yo n g c u n， CHEN J i a n k a n g， HU Ku n． e t a 1 ． Re s e a r c h o n c h a r a c t e r i s t i c s o f a i r g a p o f s p e e d r e g u l a t i o n ma g ne t c ou p l e r u n d e r c o n d i t i o n o f c o n s t a n t l o a d [ J ] ． I n d u s t r y a n d Mi n e Au t o ma t i o n ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 1 7 4 7 9 ． [ 1 0 3 [ 1 1 ] OUYANG Ho n g y u a n， S UN J i n g j i e ． Te c h n i c a l di s c us s i on on e nv i r on m e n t c ons t r uc t i o n i n H TM L5 一 ba s e d t hr e e d i me n s i on a l ge o gr a phi c a l i nf o r ma t i on p l a t f o r mV J ] ． S u r v e y i n g a n d Ma p p i n g ， 2 0 1 3 ， 3 6 3 1 0 2 1 03 ． 周 阳， 余江峰 ， 唐 一鸣． 基于 We b G L的三维数 字水利 展示 系统 研 究 [ J ] ． 测 绘 与 空 间 地 理 信 息 ， 2 0 1 4 ， 3 7 3 4 4 4 8 ． ZHOU Ya n g， S HE J i a n g f e n g， TANG Yi mi n g ． W e b GL b a s e d r e s e a r c h o n t h r e e d i me n s i o n a l d i s p l a y s y s t e m o f d i g i t a l wa t e r c o n s e r v a n c y [- J ] ． G e o ma t i c s＆ Spa t i a l I nf o r mat i o n Te c hn ol og y， 201 4， 3 7 3 44 48 ． 左正 ， 胡昱 ， 段 云岭 ， 等． 基 于第 5 代 HTML标准 的拱 坝工程 三维 可视化 网络平 台[ J ] ． 计算 机辅 助设 计 与 图形学 学报 ， 2 0 1 4 ， 2 6 4 5 9 0 5 9 6 ． ZUO Zhe ng， H U Yu， DUAN Yu nl i n g， e t a 1 ． Sc i e nt i f i c v i s u a l i z a t i o n o f a r c h d a m p r o j e c t s b a s e d o n HTML 5 s t a n d a r d s [ J ] ． J o u r n a l o f C o mp u t e r Ai d e d D e s i g n Co mput e r Gr a phi c s， 201 4， 2 6 4 59 0 5 96 ． 张玲． 基于 we b GL技术和 Oa k 3 D引擎的交互式三维 地球模型研究 [ J ] ． 软件导 刊 ， 2 0 1 4 2 1 5 3 1 5 5 ． ZHANG I i n g ． S i m u l a t i o n r e s e a r c h o n i n t e r a c t i v e t h r e e d i me n s i o n a l e a r t h mo d e l b a s e d o n W e b GL t e c h n o l o g y a n d Oa k 3 D e n g i n e [ J ] ． S o f t wa r e G u i d e ， 2 01 4 2 1 53 15 5 ． 龙 云． 基于 HTML 5的 We b G I S研究 [ D ] ． 赣 州 江 西 理 工 大 学 ， 2 O l 3 ． 徐新 山． 基于 We b G L的地质体信 息三维 可视化[ D] ． 兰卅 I 兰州交 通大学 ， 2 0 l 6 ． 花利 忠 ， 王 赵 兵 ， 邹 丽 妹 ， 等．基 于 C i t y E n g i n e与 Ar c G I S F l e x AP I 的校园 we b GI S系统一 一 以厦 门理 工学 院为 例 [ J ] ． 厦 门理 工 学 院学 报 ， 2 0 1 3 ， 2 1 4 5 7 6 1． H UA L i z h o n g， W ANG Z h a o b i n g ， Z OU L i me i ， e t a 1 ． XM UT a u s e c a s e r e a l i z a t i o n o f a d i g i t a l c a m p u s We b G I S o n c i t y e n g i n e a n d Ar c GI S F l e x A P I [ J ] ． J o u r n a l o f Xi a me n Un i v e r s i t y o f Te c h n o l o g y， 2 0 1 3， 21 4 5 7 61 ． 口 口 I二f 2 0 1 7年 第 1 1期 郭永存 等 恒 负载 工况 下调 速型磁 力 偶合 器 气隙特性 研 究 7 5 Re s e a r c h o n c h a r a c t e r i s t i c s o f a i r g a p o f s p e e d r e gu l a t i o n ma g n e t c o up l e r u n de r c o n d i t i o n o f c o ns t a n t l o a d GUO Yo n g c u n ， CHEN J i a n k a n g ，HU Ku n ， W ANG P e n g y u 一， W ANG Shu a ng ， FANG Che ng 1． A n hu i M i ni n g M a c hi ne r y a nd El e c t r i c a l Equi pme n t Co l l a b or a t i ve I n no v a t i o n Ce n t e r ， Anhu i Uni v e r s i t y o f Sc i e nc e a nd Te c h no l o gy， Hua i na n 2 3 20 01，Chi n a； 2 ． He f e i I n s t i t u t e o f M a t e r i a l S c i e n c e ，Ch i n e s e Ac a d e my o f S c i e n c e s ，He f e i 2 3 0 0 0 0 ， Ch i n a Ab s t r a c t Ta ki ng a x i a l pe r ma ne nt ma gne t a s y nc hr on ou s s pe e d r e g ul a t i o n ma gn e t i c c ou pl e r a s r e s e a r c h o b j e c t ，a ma t h e ma t i c a l mo d e l o f o u t p u t s p e e d a n d a i r g a p o f s p e e d r e g u l a t i o n ma g n e t i c c o u p l e r wa s b u i l t b a s e d o n ma g n e t i c c i r c u i t me t h o d，c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e a i r g a p o f ma g n e t i c c o u p l e r we r e a n a l y z e d，r e l a t i o n b e t we e n t h e a i r g a p a n d o u t p u t s p e e d o f t h e ma g n e t i c c o u p l e r u n d e r c o n d i t i o n o f c o n s t a n t l o a d wa s s t u d i e d ， a nd va r i a t i on l a w o f c o r r e s p on di n g ou t pu t s pe e d wi t h d i f f e r e n t a i r g a ps o f t he m a g ne t i c c o up l e r wa s ob t a i ne dwi t h i nc r e a s i ng o f t he a i r ga p b e t we e n c op pe r di s c a n d p e r m a ne n t ma g ne t di s c，o ut put s p e e d o f t h e ma g n e t i c c o u p l e r d e c r e a s e s ；wh e n t h e a i r g a p i n c r e a s e s l i n e a r l y f r o m 2 ． 5 mm t o 1 2 ． 5 mm，t h e o u t p u t s p e e d d e c r e a s e s g r a d u a l l y f r o m 7 7 3 r ／ mi n t o 7 2 3 r ／ mi n ；wh e n t h e l o a d t o r q u e k e e p s c o n s t a n t ，wi t h i nc r e a s i n g o f t he a i r g a p，po we r l o s s i n c r e a s e s g r a du a l l y， a nd whe n t he a i r ga p i n c r e a s e s l i n e a r l y f r o m 2． 5 mm t o 1 2 ． 5 mm．t h e e x p e r i me n t a l p o we r l o s s g r a d u a l l y i n c r e a s e s f r o m 5 6 5 W t o 1 6 1 3 W ．I n a c t u a l o p e r a t i o n，p o we r l o s s c a n b e r e d u c e d b y r e d u c i n g t h e a i r g a p p r o p e r l y ．Th e r e s u l t s o f t h e r e s e a r c h h a v e a c e r t a i n gui di n g s i g ni f i c a nc e f or t he ou t pu t s pe e d c ont r ol of t h e s p e e d r e g ul a t i on ma g ne t i c c o up l e r u nde r c o nd i t i o n o f c on s t a nt l oa d． Ke y wo r d s s p e e d r e g u l a t i o n ma g n e t i c c o u p l e r ；a i r g a p c h a r a c t e r i s t i c s ；o u t p u t s p e e d；c o n s t a n t l o a d t o r q u e ；p o we r 1 O S S 0 引言 调速型磁力偶合器是一种利用磁场作用实现力 或力矩传递的新型传动装置 ， 具有结构简单、 无极平 滑调速 、 安装对 中精度要求低、 寿命长 、 维护简单、 对 环境污染低 、 绿色环保等优点。 目前机械设 备常用 的调速装置有调速型液力偶 合器和变频 器调速装 置。相对于调速型磁力偶合器 ， 调速型液力偶合器 具有机械结构和管路系统复杂、 系统维护量大、 对环 境污染较为严重 、 速度调节精度较低等问题[ 1 ； 变频 器调速装置会产生高次谐波 ， 对电网冲击 比较大 ， 而 且对环境要求较高 ， 维修费用也较高 ] 。 由于调速型磁力偶合器相对于调速型液力偶合 器 和变 频器 调速 装 置 具 有 无 可 比拟 的优 势 ， 调 速 型 磁力偶合器 已逐渐应用于船舶[ 3 ] 、 煤矿运输_ 4 ] 和医 疗[ 5 等领 域。调速 型磁力偶合器 内部磁场 十分复 杂 ， 相关设计理论和方法正在研究 中， 如文献 [ 6 9 ] 提出了层模型法 ， 并分析 了调速型磁力偶合器在泵 类 、 通风机等负载 中的节能效果 ； 文献E l O 一 1 1 ] 研究 了轴向调速型磁力偶合器三维模型的构建方法 ； 文 献[ 1 2 ] 提出了轴 向磁场涡 电流耦合稳态和瞬态性能 的快速计算方法 ， 并分析了铜盘厚度 、 滑差和极对数 等参数对转矩的影 响， 但是 ， 此方法只在用于低滑差 率下理论计算时较为准确 。目前 ， 虽然对调速型磁 力偶合器 的研究很多 ， 但对恒负载转矩情况下调速 型磁力偶合器的气 隙特性研究较少 ， 而调速型磁力 偶合器的结构参数 、 铜盘和永磁体盘的气隙大小、 电 动机输入转速和负载等都是影响调速性能的关键因 素。在实际应用中， 通过气 隙调节改变磁力 偶合器 的输出速度最为方便 ， 所以， 研究调速型磁力偶合器 的气隙特性对调速型磁力偶合器的进一步发展和应 用具有深远的指导意义。本文将在电动机输入转速 确定的情况下 ， 研究负载转矩恒定时调速型磁力偶 合器气隙大小对输 出转速的影响。 1 调速 型磁 力偶 合器 结构 与工 作原 理 1 ． 1 调 速型磁 力偶合 器结 构 调速型磁力偶合器种类较多 ， 本文研究 的是轴 向永磁异步调速型磁力偶合器。它采用轴向双铜盘 和双永磁体盘结构 ， 以增加传动能力 ， 双盘结构产生 7 6 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 的 个轴 阳 大小 相 等 ． 方 向相 反 ， 卡 f 1 互 抵 消 ， 轴 向 力为零 。州造 型磁 力偶 合器 通过 铜导 体 和水磁 体 的 枉 f 埘磁 场 运 动 ． 实 现 巾电 动 机 剑 负 载 的转 矩 传 输 。 洲速 磁 偶 合器 主 要 由铜 盘 、 水磁 体 衙 f 1 1 气 隙 调 装 等 部分组 成 ， 如 『 皋 1 1 所 示 。铜 盘 阎定 在 电动 机轴 水做 盘 固 定 在 负载 转 轴 。这样 电动 机 车 1 I 负找 f f 1 来 的 刚 性 机 械 连 接 转 变 为 磁 软 连 接 ． 通过 执 P I 、 渊节 水磁休 和铜 导体 之 间 的气 隙 ． 就 _i 『 使 负载轴 卜的输 ； 转 速 变化 。 ‘ f l 1绱 构 简 } 1 物 1 输入端 ～铜盘； 3 一永磁体蕊； 卜 e 隙蒯 装 ； 永磁 体轭铁 ； 6～导体轭 铁；7 ’ 负载轴 I 1 双锏 釉和双永 磁体盛渊速型磁 力偶合器结构 I l g ．1 St r L l ’ 1 L I F e o f s p e e d r e gul a l i on 1 l l t g ne l c o ut l e r wi t h dou Hl c op pt 1 di s c s an d d ou 1 l e p cr m g H l etl l l l l a gnt、 t d i s c s 】 ． 2 调 速 型 磁 力 偶 合 器 工 作 原 理 州速 磁 力偶 合 器 是 按 照 滑 筹 原 理 ⋯ 进 行 一 【 作 的 。 1 臼 可 艋转 动 时 ， 铜 缸 与 水 磁体 盘 产 生 相 对 运 动 。 即产， { i J 滑 差 ， 铜盘 切割 磁感 线 就会 铜 盘 巾 产 ， 卜 多 个 电满流 ， m法 拉第 电磁 感麻 定 律可 如 ， 电涡 流会 产 生感 』 兹场 ， 感 应 磁场 与永磁 体 产 生 的磁 场 卞 n 作用 ， 产 作 用 力和 力矩 ． 带动 永磁 体盘 沿 着与 铜盘 卡 } } 同的 向旋转 ． 从 而 实 现转 矩 和转 速 南驱 动 端 刮 负载 端 的传递 。 2调 速型 磁 力偶 合器 的数 学模 型 渊速 J 磁 力偶 合器 的实 际磁 场 分 布 比较 复杂 ， 一 般难 以精确 汁箅 。可 利用 磁路 法将 复 杂磁路 进 行 简化 ． 以达 剑近 似 计 算 的 目的 。渊 速 型 磁 力 偶 合 器 的磁路 主 要 ⋯ 主 磁 路 、 气 隙 漏 磁 和 个 磁 极 漏 磁 3个 部分 组 成 ． 如图 2所 示 。 为 r简 化 汁算 ， 本 文作 如下 假 没 j 1 洲速 磁 力 偶 合 器 气 隙很 小 时 ， 忽 略 永磁 体 漏磁 。 2 水 磁体 磁场 在气 隙 中均匀 分 布 。 3 永磁体 发 出的磁 力线 切 割铜 盘 的有 效 面 积 为铜 盘 每极 的 计算 面积 。 4 铜 电阻率 和 导磁材 料 的相 对磁 导率 受温 漏磁 磁路 2 调速 型磁 力偶 f } 器 磁 路 Fi g ．2 Sc he ma t i c d i a g r a m o f ma gn et i c c i r c ui t of s pe e d r e gul a t i o n ma g ne t c o upl e r 度 影响较 小 ． 视 为常数 。 5 不考虑 磁路饱 和 情况 。 『 十 l 文献[ 1 6 ] 可知 ， 调速型磁力偶合器启动tt 寸 ， 铜 盘涡 流产 生 的磁场 会 对 永 磁 体 的 磁场 产 生 影 响 ， 所 以 ， 磁 路 中产 牛的 总磁 动势 为 F F】一 F 1 式 中 F 为 一 个 磁 极 的磁 动势 At 。 F 一 H h ， H 为矫顽 力 A m ． h为 永 磁 体 极 化方 阳 长度 F I 1 1 3 -I ； F 为涡 流产 生 的 等效 磁 动 势 At ， 一是 ． 是 为 等效折 算 系数 ． 为涡 流 的有效 值 A 。 将 铜 盘 巾 个永 磁 体 产 生 的 涡 流 等 效 为 小 圆 环 ， 彼 此共 同作 月 1 ， 形 成 涡 流环 ， 则 永 磁体 产 生 的磁 通量 为 一 BA C O S叫r 2 式 中 B 为 水磁 体 和 涡流 共 同 作用 于 气 隙 处 的磁 感 应强 度 T ； A 为凋速 型磁 力偶 合器 单 个 永 磁体 等 效 剑 圆 盘 的 截 面 面积 m ； 为 磁 场 变 化 角 速 度 r ／ s - 叫一P ． 一c u 2 一p a w， 为磁 极 对数 。 。为调 速 型磁 力偶 合器 输 入角 速 度 r ／ s ， 为渊 速 型 磁 力 偶 合 器 输 j 角 速 度 r ／ s ， A 叫 为 角 速 度 差 r ／ rai n ； t 为变化 时 问 s 。 F } _I 涡流 的集 肤效应 ， 可知集 肤深 度 ” 为 3 式 r f 1 10 为铜 盘 电阻 率 Q m ； 。为 真 空 磁 导 率 H ／ n 1 。 永 磁体 和涡 流共 同作 用气 隙处 的磁 感应 强度 为 B 一 一 8 n 棚 H ．h p 8 ㈩ 式 中 R 为等效 磁阻 H 。 。一 5 层 2 O 1 7年 第 1 】 期 郭 永存 等 恒 负载_ T - 况 下调速 型磁 力偶 合 器气 隙特性研 究 7 7 式 中 为铜 盘 不 1 j 水 磁 体 盘 之 问 的 气 隙距 离 Y l l 1“I 1 ； 为铜 盘厚 度 n 1 m ； f 为永磁 体 厚度 mm 。 又【 j ； 1 为 调 速 型磁 力偶 合 器包 l爪有 2个铜 盘 ， 故 铜 盘 J 的 总涡 流损 耗 为 8 丌 D 6 式 中 ， j 为一个 圆涡流环 损 失 的能量 W 。 调 速 型 磁 力 偶 合 器 稳 定 运 转 时 ， 【 { l 能 量 守 恒 可得 了 、 1一丁 十 P ， 7 式 巾 丁 为渊 速 型 磁 力偶 合 器 输 入 转 矩 N n ； 丁 为 调速 型磁 力偶 合器 输 f i I 转矩 N m 。 丁 、 1 1 是 作 川 力 与 反 作 用 力 的 关 系 ． m 牛 顿 第 定 律 可得 T 一丁 ． 则 7 ’ l 一了 、 △ 一 P 8 联 立式 4 、 式 6 和式 8 可 得 ， 轴 向 双铜 盘 和 双永磁 体盘 结 构的 渊速 型磁 力偶 合器 的输 转 速 气 隙数学 模 型为 了 、 ． 。 。 一 垡 二 f 1 、 、 ／ 2 A k △ ／ 】 ． 一 8 7 c p R A ] 对 式 9 补充 说明 1 A 为调 速 型 磁 力 偶 合 器 单 个 永 磁 休 等 效 到 圆盘 的截 面 面积 ， 忽略端 部 效应 。 2 A h为集 肤深 度 ， 当集 肤 深 发 大 于铜 盘厚 度 时 ， 取 铜 盘厚 度作 为 集肤深 度 。 3三维 有 限元分 析 根 据调速 型 磁 力偶合 器 已有 的结 构参 数 表 1 对其 进 行 l二维 建 模 ， 如 3所 示 。 材 料 参 数 表 2 。 水磁 体 磁极 N、 S檄轴 向充磁 交错 排 列 ． 在 绘 制完 模 型并 给 激励 源 不 1 J 边 界条 件后 ， 再定 义材料属 性 ， 进 行 网格 划 分 、 终 止 时 间 没置 、 步长 没 和相 对转速 没 置 。调节 水 磁体 和铜 盘川 的 气隙大 小 ， 改变 滑差 ． 得 到转矩 。 表 l 凋速型磁 力偶 合器的结构参数 Tab l e 1 Fil e s t r u c l ur a l p ar a me t e r s of t hc s pe e d r e gul a t i o n ma g ne t c ou pl e 、 r 结 构参数 数值 结构 参数 数值 盘永磁体个数 l 0 永磁体宽度， mm 3 8 铜 盘 厚 度 I l l 11 1 8 ． 2 铝 盛 厚 度 。 n l n l 【 j 永磁体 厚度 i n ll 1 1 ． 2 铜盘 内径 ll l n l l 5 t 永磁体 K度 n 1 m 7 6 铜盘外径 n l l l l { 7 8 3 州迷 型磁 力偶 合器的 维模型 Fi g． l hc 3 I nl d e ， l o f s pe ed r e gul a no n ma g ne t c o upl e r 2 洲速型磁力偶合器材料参数 F a bl e 2 Ma t er i a l p ar a me t e r s o f s pe e d r e g ul a t i o n In； gne t c o up l e r 4调速 型磁 力偶 合器 实验 搭 建轴 ⋯ 蚁钉 u1 舷 卞 双永 磁体 盘 凋速 型磁 力偶合 负 载 渊 速 系 统 的 实 验 ， j 三 要 包 括 变 频 器 、 相 片步 电 动机 、 州 速 型 磁 力偶 合 、 气 隙 渊 节 装 、膜 片职 轴 、 转 述 、 转 矩 传 感 器 和通 J x L 机 等 ， l H ] l所爪 。 h 验 竹 买 物 1 验台组成及文物 F i g ．I Co mp o s i t i 1 1 a n d ma t e r i a l o b j e c t o f e x p e r i t n e n t a l p l a t f or m 本 义宰 1 埘异 步渊 速型 磁 力偶 合 器结构 开展研 究 结 构 参数 丧 1 ． 控 制 铜 盘 和 永磁 体盘 的气 隙 调 节装置 的卡 发 心采 刖 智能 控 制 器 ， 编 码 器将 角 位移 信 号转换 成脉 冲 信 ‘ 反 馈到 P L C f ， 形 成 闭环 速 度控 7 8 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 制系统 ， 提高了控制精度 ， 实现了对调速型磁力偶合 器 速度 的稳 定 、 有 效 调 控 ， 整 个 实 验 台控 制 原 理 如 图 5所 示 。 输出转速 ” 2 厂 丽孺 I变 频 电 动 机 卜 耋 卜 _ ． 1 需 } L 叫恒 负 载I 图 5实验 台控 制原理 Fi g． 5 Con t r o l pr i nc i pl e o f e x pe r i me n t a l pl a t f or m 采用 定 转速 实验 方法 ， 即在 测试 过程 中 ， 调速 型 磁 力偶合 器 的输入 转 速保持 不 变 。 由于实验 条件 的 限制 ， 控 制永 磁体 和铜 盘 问的气 隙调 节 范 围为2 ． 5 ～ 1 2 ． 5 mm， 测试 时负 载设 定 为 2 0 0 N m， 输 入 转 速 设 为 8 0 0 r ／ mi n 。当调 速 型磁 力 偶 合 器 输 出转 速 稳 定 时 ， 调 节气 隙 ， 记 录调速 型磁 力偶合 器 的输 出转 速 。 、气 隙 和输 出转 矩 T ， 所有 实 验操作 重 复 3次 。 5实验 结 果与分 析 5 ． 1 恒 负载工 况下 的输 出转速 随 气 隙变化 实验 将采 集 到 的数 据 表 3 进 行 处 理 与 计 算 ， 得 到 调速 型磁 力偶 合器 在恒 负载 工况 下 的输 出转速 随气 隙变化的曲线 ， 如图 6 所示 。 表 3 不同气隙下 的调速型磁力偶合器 的输 出转速 Ta bl e 3 Out pu t s pe e d un de r d i f f e r e n t ai r ga p o f s pe e d r e gul a t i o n ma g ne t c o upl e r 气隙／ ram 转速／ r rai n 解析法计算结果 i维仿真结果 实验结果 皇 ● 丑 簿 图 6 调速 型磁力偶合器在恒负载工况下 的输 出转 速 随气 隙变化的曲线 Fi g． 6 Va r i a t i o n c u r v e of o ut pu t s pe e d wi t h a i r g a p o f s p e e d r e g u l a t i o n ma g n e t c o u p l e r u nd e r c ond i t i o n o f c ons t a nt l o a d 由图 6可看出， 调速型磁力偶合器在负载转矩 恒定 为 2 0 0 N i n的工况 下 ， 当气 隙 为 2 ． 5 I n I n时 ， 实验输 出转速 为7 7 3 r ／ mi n ， 当气 隙增加 到 1 2 ． 5 mm 时 ， 实验输 出转 速 为 7 2 3 r ／ mi n ， 随着 气 隙的增 加 ， 输 出转 速逐 渐减 小 。 由图 6还 可知 ， 当气 隙 为 2 ． 5 mm 时 ， 解 析 法 计 算转速与三维仿 真转速 相差 7 ． 1 ％， 与实验转 速相 差 6 ． 7 ； 当气 隙为 1 2 ． 5 mm 时 ， 解析 法 计算 转 速 与 三维仿 真 转 速 相 差 8 ． 2 ， 与 实验 转 速 相 差 5 ． 9 ， 解 析法 计 算 曲线和 实验 曲线 与 三维仿 真 曲线接 近 重 合 ， 表明上述建立的调速 型磁力偶合器数学模 型的 正确性和有 限元仿真的有效性 ， 但仍存在一定误差 ， 主要由以下几方面原因造成 ① 实验仪器安装误差 两边 铜盘 与调 速型 磁力 偶合 器 的间 隙大 小等 和测 量误差 转矩、 转速传感器测量误差等 。② 基于磁 路 法 的理论 计算 ， 由于等 效折 算 系数等 参 数 的选 择 ， 还有为便于计算所作 出的假设 ， 使得理论计算 得到 的滑差偏大 。③ 由于三维有 限元仿 真计算时， 没有 考 虑漏 磁 问题且 忽 略 了端 部效 应 ， 导 致仿 真结 果相 对 于实 际 滑差偏 小 ， 当气 隙很 小 时 ， 漏 磁 相 对 较 少 ， 随着气隙的增加 ， 漏磁影响越来越大。 5 ． 2 恒 负载 工况 下的 功率损 耗 随 气隙 变化 实验 根据扭矩、 转速传感器测得数据 ， 得到调速型磁 力偶合 器 的功率损 耗 ， 绘制 如 图 7所 示 曲线。 由 图 7可 看 出 ， 当 负 载 转 矩 为 2 0 0 N m， 气 隙 从 2 ． 5 mm增加到 1 2 ． 5 mm 时， 调速型磁力偶合器传 递过程功率损耗从 5 6 5 W 增加到 1 6 1 3 w 。这是由 于当负载转矩一定 时， 随着气隙的增加 ， 调速型磁力 偶 合器铜 盘 切割磁 感 线数 目减 少 ， 漏 磁 增加 ， 滑 差增 加 ， 功率损耗也增加。由此可知， 在实际运行 中， 在 一 定 范 围 内 ， 可 以适 当减小 气 隙 ， 以降低 功率 损 耗 。 图 7 调速型磁力偶合器在 恒负载工况下 的功率损 耗 随气隙变化 的曲线 F i g ． 7 Va r i a t i o n