可调速型盘式磁力耦合器永磁体温度场研究.pdf

第 4 3卷 第 8期 2 0 1 7年 8月 工矿 自 动化 I n dus t r y an d M i ne Au t oma t i on Vo 1 ． 4 3 NO ． 8 Au g ． 2 0 1 7 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 8 0 0 6 1 0 6 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 8 ． 0 1 2 可调遮型盘式磁力耦合器永磁体温度场研究 郭 永存 ， 方成 ， 王鹏 或 ， 陈健 康 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 针 对大 功率 可调速 型盘 式磁 力耦 合 器运行 时 ， 永磁 体 温度 过 高且 易失 效 的 问题 ， 采 用磁 路 法对 导 体转子的涡流损耗进行 了理论推导， 利用有限元软件对大功率 高负载工况下的磁力耦合 器永磁体稳 态温度 场进行 了研 究。研究结果表明， 随着转差增大， 磁力耦合器 中的永磁体 温度呈现 出逐步增大的趋势 ； 随着磁 力耦合 器气 隙距 离的减 小 ， 永磁 体 的 最高温 度逐 步升 高 ； 当磁 力耦 合 器 的转 差在 1 8 0 r ／ mi n以 下 ， 气 隙不 小 于 1 8 mm 时 ， 其永磁 体 温度将 保持 在 5 5℃ 以 下 ， 永磁 体 的 最大磁 能积 和 剩磁 几乎 不 受 影 响 ， 可保 证 磁 力耦 合器正常高效工作 ； 当磁力耦合 器处于大功率高负载工作状 态下， 气隙距 离对永磁体的温度状 态影响显著， 当转差 为 1 8 O r ／ mi n ， 气 隙小 于 1 5 mm 时 ， 永磁 体 温度 将 急剧上 升 ， 当气 隙减 小至 3 mm 时， 永磁 体 的 实 际最 高温度 将达 到 1 8 0℃ 以上 ， 剩磁 相 比 于室温 下 降接 近 2 0 ， 最 大磁 能积 下 降约 4 5 。该 研 究成 果 对 大 功 率 磁力耦合器温度场研究具有一定的参考意义 。 关键 词 磁 力耦合 器 ；永磁 转 子 ；温度 场 ；气隙 ；转差 ；涡流 损耗 ；磁 路 法 中图分类 号 T D6 7 文 献标 志码 A 网络 出版时 间 2 0 1 7 0 7 2 7 1 0 1 2 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 ． TP ． 2 0 1 7 0 7 2 7 ． 1 0 1 2 ． O 1 2 ． h t ml Re s e a r c h o n t e mpe r a t u r e f i e l d o f p e r ma ne n t ma gn e t i n d i s c t y pe s p e e d r e g ul a t i o n ma gn e t i c c ou p l e r GUO Yo n g c u n ， F ANG Ch e n g ， W ANG Pe n g y u 一， CHEN J i a n k a n g 1． Anh ui M i n i ng M a c h i ne r y a nd El e c t r i c a l Eq ui pme nt Co l l a bo r a t i v e I nn o va t i o n Ce nt e r， Anhu i U n i v e r s i t y o f Sc i e nc e a nd Te c h no l og y，H u a i n a n 23 2 0 01，Ch i na； 2 ． He f e i I n s t i t u t e o f Ma 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 Abs t r a c t I n v i e w o f pr o bl e m s t ha t t e mpe r a t ur e of p e r ma ne nt m a g ne t i s t o o hi g h a nd e a s y t o f a i l whe n d i s c t y pe s p e e d r e gu l a t i o n ma gn e t i c c ou pl e r wi t h hi g h po we r i s r u nn i ng，a ma g ne t i c c i r c ui t m e t ho d wa s u s e d t o ma ke t he o r e t i c a l d e r i v a t i o n f or e d d y - c u r r e n t l os s o f c o ndu c t o r r ot o r ，a nd f i ni t e e l e me n t s o f t wa r e wa s us e d t o c a r r y ou t r e s e a r c h o n s t e a dy s t a t e t e mpe r a t u r e f i e l d f o r pe r ma ne nt ma gn e t o f ma gn e t i c c o up l e r u nd e r c o nd i t i o n o f hi g h p owe r a nd hi g h l o a d． Th e r e s e a r c h r e s u l t s s ho w t ha t wi t h i n c r e a s i n g o f s l i p， t e mpe r a t ur e o f t he pe r m a ne n t m a gn e t o f t he ma gn e t i c c o up l e r i nc r e a s e s；wi t h d e c r e a s i n g o f a i r ga p di s t a n c e of t h e ma g ne t i c c ou pl e r ，t he ma x i m u m t e mpe r a t u r e o f t he p e r ma ne nt ma gn e t g r a du a l l y r i s e s．W he n s l i p of 收稿 日期 2 0 1 7 0 1 1 0 ； 修 回日期 2 0 1 7 - 0 3 0 6 ； 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 ； 2 0 1 6年度安徽高校 自然科学研究项 目 KJ 2 0 1 6 A1 9 9 ； 2 0 1 3高校 省级优 秀青年人才基金重点项 目 2 0 1 3 S QRL 0 2 7 Z D 。 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 ， 研究方 向为永磁涡 流传动 ， E ma i l 4 7 2 0 3 7 1 1 3 q q ． t o m。通 信作者 方成 1 9 9 2 一 ， 男 ， 安徽黄山人 ， 硕士研究生 ， 主要研 究方 向为永磁 涡流耦 合器 ， E ma i l 8 5 7 2 8 3 3 6 5 q q ． c o rn。 引用格式 郭永存 ， 方成 ， 王鹏或 ， 等． 可调速型盘式磁力耦 合器永 磁体温度场研究 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 8 6 1 6 6 ． GUO Yo n g c u n，FANG Che n g， W ANG Pe n gy u，e t a 1 ． Re s e a r c h o n t e m p e r a t u r e f i e l d of p e r ma ne n t ma g n e t i n d i s c t y p e 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 [ 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 8 6 1 6 6 ． 6 2 工矿 自动 化 2 0 1 7年 第 4 3卷 t h e ma g n e t i c c o u p l e r i s i n 1 8 0 r ／ mi n r a n g e ，t h e a i r g a p i s n o l e s s t h a n 1 8 mm，t e mp e r a t u r e o f t h e p e r ma ne n t m a g ne t wi l l r e ma i n b e l o w 5 5 ℃ ． t he ma xi m u m ma g ne t i c e n e r gy a r e a a nd r e m a ne n c e of t he p e r ma ne nt ma gn e t a r e a l m o s t u na f f e c t e d，a nd t he n o r ma l a n d e f f i c i e n t op e r a t i on of t he m a g ne t i c c ou pl e r c a n be e n s u r e d．W h e n t he ma gn e t i c c oup l e r i s i n wo r ki n g s t a t e of hi g h po we r a nd hi g h l oa d，t he a i r g a p d i s t a nc e ha s a s i g ni f i c a nt i n f l ue nc e on t he t e mpe r a t u r e s t a t e o f t he pe r m a n e nt ma g ne t ．W he n t he s l i p i s 1 8 0 r ／ rai n ，t h e a i r g a p i s l e s s t h a n 1 5 mm，t h e t e mp e r a t u r e o f t h e p e r ma n e n t ma g n e t wo u l d r i s e s h a r p l y． W he n t he a i r g a p i s r e d uc e d t O 3 mm ，t he ma xi mum t e mpe r a t ur e o f t he pe r ma n e nt ma g ne t wi l l r e a c h o v e r 1 8 0 ℃ ，a nd t h e m a g ne t i c r e m a ne nc e wi l l be c l os e t o 2 0 c o m pa r e d wi t h t he r oo m t e mpe r a t ur e，a n d t he ma xi m um e n e r gy p r odu c t wi l l d e c r e a s e by a b out 4 5 ． The r e s e a r c h r e s u l t s ha v e a gui di n g s i gn i f i c a n t me a n i ng f or t e mpe r a t ur e f i e l d a na l y s i s of t he hi gh p owe r ma gn e t i c c o upl e r ． Ke y wo r ds ma gn e t i c c o upl e r；pe r m a n e nt ma gn e t r o t o r；t e m p e r a t u r e f i e l d；a i r ga p；s l i p；e dd y c u r r e nt 1 OS S；ma gn e t i c c i r c u i t m e t ho d 0 引 言 可 调速 型盘 式磁力 耦 合器 是基 于 电磁感 应原 理 研制出的新型传动装置， 具有免维护、 高效节能、 稳 定可 靠 、 过 载保 护 等 优 点 ， 在 大 功 率 及 恶 劣 的工 作 环境 下 ， 其稳定 性 尤为 突 出 ， 广泛 应 用于 不 同类 型通 风机 、 物料输送机 、 提升机等机械设备口 ] 。可调速型 盘式 磁 力耦合 器 结构 如 图 l 所 示 ， 主要 由永 磁转 子 、 导体转子 、 气隙调整机构等组成 。与电动机相同， 温 升也 是磁 力耦 合 器运行 时 的 主要 问题之 一l 2 ] 。以往 对磁 力耦 合器 的 温度 场研 究 主要 集 中在 电磁 损耗 和 整体温升方面。文献[ 3 ] 以电磁场理论和温度场理 论为 指导 ， 对 调磁 式 异 步磁 力联 轴 器 的 电磁 特 性 和 温升进行 了系统研究 。文献 I- 4 ] 对磁力耦合器 中高 导 电层造 成 的损 耗进 行 了理 论 计 算 ， 并 对 其 进 行 了 试 验 验 证 ， 试 验 结 果 和 理 论 计 算 具 有 一 致 性 。文 献[ 5 6 ] 分别应用解析法和麦克斯韦时变方程推导 了损耗公式并对鼠笼异步磁力联轴器进行 了三维温 度场分析 。 a 维模型 b 实物 1 一负载轴 ； 2 一气隙调整机构 ； 3 一导体转子 ； 4 永磁转子 ； 5 一电动机轴 图 1 可调速型盘式磁力耦合器结构 Fi g．1 St r uc t ur e o f di s c t yp e s pe e d r e gul a t i o n ma g n e t i c c o u p l e r 永磁转子作为实现磁连接的重要部件 ， 其永磁 材料为 Nd F e B， 该材料磁体性能优越 ， 但 耐热性差 ， 并 且 多数情 况下 需 采用保 护 涂层 。如果热 量不 能及 时发 散 ， 永 磁体 温度 过 高会 发生退 磁 现象 ， 使磁 力耦 合器的工作效率降低甚至损坏设备 。因此 ， 对不同 工 况下 磁 力耦合 器 永磁体 的温度 场 的研究 是非 常必 要 的 。本 文 以可调 速 型 盘 式 磁 力 耦合 器 为 例 ， 通 过 有 限元 软件 建立 了三 维 温 度 场 有 限元 模 型 ， 并 基 于 该 模 型分 析 了大功 率高 负载 工况 下磁 力耦 合器 永磁 体温 度场 ， 最后 利 用试 验装 置进 行 了试验 测试 。 1 可 调 速异 步磁 力耦 合器 损耗 计算 1 ． 1 永磁 体 温度 变化 影响 因素 分析 可调 速型 盘式 磁力耦 合 器在 工作 过程 中不 仅存 在着电磁损耗 ， 还有机械损耗 。其 中， 电磁损耗主要 包 括导 体转 子上 的铜 损 、 轭铁 处 的铁损 等 ； 机械 损耗 主要包 括转 子表 面 的风磨 损 耗l 7 】 。运行 时产 生 的 电 磁 损耗 是永 磁转 子 热量 的主要 来 源 ， 因此 ， 本 文 对铜 导体 处 的铜 损进 行 了理论 计算 。 1 ． 2基本假 设 采 用 磁 路 法 进 行 损 耗 计 算 之 前 做 如 下 假 设 ① 磁 力耦 合 器 的 气 隙 很 小 时 ， 忽 略 永 磁 体 漏 磁 ； ② 永 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 不考 虑 磁路饱 和 。 1 ． 3 磁 路 法求 解 通过文献E 8 ] ， 引入磁路法 ， 将磁力耦合器 的磁 路分为 3个部分 主磁 路、 气 隙漏 磁和单个磁 极漏 磁 。一对 N、 s极 可 以构成 一个 闭 合 回路 ， 相邻 两 永 磁体极可构成一个大小相等、 方 向相反的磁动势 ， 将 相邻两磁极磁路等效为一个磁极 的磁路 ， 如图 2 a 所示 。又由于轭铁均为高导磁材料 ， 在工程计算中， 可以忽略其磁阻 ， 将其进一 步简化为一个磁极的磁 2 0 1 7年第 8期 郭永存等 可调速型盘式磁力耦合器永磁体温度场研究 ．6 3． 路嘲 ， 如 图 2 b 所 示 。图 中 ， F 为一 个 磁 极 的 磁 动 势 ， At ； R。 为铜 盘轭 铁 的磁 阻 ， H； R 为铜 盘 处 的磁 阻 ， H； R。 为气 隙磁 阻， H； R。为永磁体 内磁阻 ， H； R。 为永磁体轭铁处磁阻 ， H。 R1 R6 R2 F l [ RI R 6 R2 F1 a 2个磁级 b 简化后 的磁级 图 2磁 力 耦 合 器 等 效 磁 路 Fi g ． 2 E q u i v a l e n t ma g n e t i c c i r c u i t d i a g r a m o f ma g n e t i c c o u p l e r 气隙、 钢盘、 永磁体的相对磁导率都可以看成是 与空 气 的相对 磁导 率 ≈1 相 近 ， 磁 阻较 大 。简化 后 的磁 阻为 Rm R1 R8 R2一 A _ }_ l m A l l m 2 1 式 中 为气隙距离 ， mm； l 为铜盘厚度 ， mm； z 为 永磁体厚度 ， mm； A 为永磁体截 面积， mm。 ； 。为 铜 盘 的相对 磁 导率 ， H／ m。 由文献E l o ] 可得 ， 瞬时涡流为 i 一 粤 2 上 b p 式 中 B为永磁体和涡流共 同作用气 隙处 的磁感应 强度 ， T； c U 一 户 △ ∞， P 为 磁 极 对 数 ， △ 为 转 差 ， r ／ mi n ； d为永磁体等效截面直径 ， mm； p为铜盘电 阻率 ， Q m； A h为集肤 深度 ， mm。 B一 苎 旦 3 √ 2 A 忌 A h w 8 n A 一 4 式 中 H。 为 矫 顽 力 ， A／ m； L 为 永 磁 体 极 化 方 向长 度 ， mm； k 为等效折算系数 。 由瞬时涡流可得瞬时功率为 d P d i 旦 垒 垒 2 ID 。 d r 5 式 中 r为永磁 体 等效截 面半 径 ， mm。 积分可得一个永磁体对应涡流区域涡流损失功 率为 P 一 d P 墨 堡 r 。 d r 一 n P B 2 w _ z Ah s i n 2 o t 6 则一个永磁体在磁场变化一个周期 的涡流损耗 有效 功 率为 P 。一 7 r “ ． 4 B 2 w 一 2 Ah 7 上 Oo 故 当转速 为 ， z 时 ， 一个 铜 盘上 损 失 的总 涡 流 损 耗为 P cu n P 一丛 2 2 2 8 上 。丁 c lD 2永 磁体 温度 场模 拟分 析 2 ． 1 基 本 假 设 可调速型盘式磁力耦合器 2 个永磁转子之间的 间距 保 持在 2 0 0 mm 以上 ， 并 且背 面包 有保 护层 ， 故 磁力耦合器工作时 ， 双盘之间的热量影 响可忽略不 计 ， 这里 取一 侧单 盘进 行 温升求 解 。 为简化计算 ， 进行 以下假设 ① 不考 虑导体转 子上 的集 肤效 应影 响 ， 热 源 载荷 平 均 施 加 于 热 源 内 部 。② 磁 力 耦 合 器 各 部 件 材 料 的 导 热 系 数 、 比热 容、 密度等参数均为常数 ， 不受温度影响。③ 磁力 耦合器外部为 自然通风冷却 ， 只考虑其表面与空气 的对流换热 ， 不考虑外部散热环境的变化 。④ 忽略 磁力耦合器 内部 电磁波 的热辐射 。⑤ 忽 略机械损 耗 对温 度 的影 响 。 2 ． 2 三 维温度 场 热参数 计 算 2 ． 2 ． 1 热 源 由于磁 力耦 合器 工作 过程 中铜 盘上 产 生 的电磁 损耗 是 永磁 转子 热量 的 主要 来 源_ 1 ， 故 设 定磁 力 耦 合器 内部的主要热源为铜导体 。铜盘损耗的平均热 源密 度 为 q 一 P1 9 式 中 P 为 铜 盘 损 耗 功 率 ， W ； V 为 热 源 的 体 积 ， mm。 。 结合式 8 ， 便可得 到平均热 源密度 的理论公 式 ， 将此项 热 载荷 以 内部 热 生成 的方 式 施 加 在 模 型 中， 便可为磁力耦合器温度场计算提供热载荷参数 。 2 ． 2 ． 2 导热 系数 导 热 系数 描 述 的是 材 料 导 热性 能 ， 一 般 固态 金 属 的导热 系数 随温 度 变 化 不 大 ， 可 查 阅相 关 文 献得 出磁力耦合器上轭铁 、 永磁体及铜导体 的的导热系 数l_ 】 。而磁力耦合 器气隙处的空气导热 系数受 温 度 、 压力等因素影响较为明显 。因而 ， 使用热传导的 的换 热方式 代 替热 对 流 的 换 热 方式 ， 其 有 效 导热 系 数 的计 算公 式r 1 为 一 0 ． 0 0 1 9 2 _。 。 。 Re 。 _ “ ‘ 。 。 。 。 p 1 O 6 4 工矿 自动化 2 O 1 7年 第 4 3卷 式 巾 一 ／ ． ， c 』r 、 分 别为 导体转 子 和永 磁 转 子 直径 ． mm RP为 气 隙 的 雷 讶 寺 系 数 ． R e x d 。 ， ／ 6 0 y ， ／ l1为 气 隙 厚 度 ， mil l ， ，为 空 气 运 动 黏 度 ， PaS。 2 ． 2 ． 3 敞热 系数 在 对 流换 热时 ． 邋 过 发 热 体 表 面 的热 流 密 度取 决 于冷 却介 质 发热 体表 面 温度差 及 散热 系数 。由 于散热 系 数受 多 素 影 响 ， 无 法 准 确计 算 实 际数 值 ， 一 般采 川经 验公 式给 定 。转 子 的各 个 外 圆表 面的散 热 系数 f 】 的计算 公式 为 “ ， 一 1 1 ⋯ “ 一 - _ 一 u 式 中 为 风 冷 气 休 介 质 流 速 ， 此 处 取 一 7 r n dl ／ 6 o。 转 予轭 铁端 面 与 气 隙交 界 处 的敞 热 系 数 a 。的 计 算公 式 为 “ 一 2 8 1 、 ， 1 2 式 中 为端 处轴 向气 流速 度 ， 此 处 假定 为 转 子平 均 圆周 速度 的 l 0 。 转 予 面 与气 隙 处 的 散 热 系 数 “ 的 计 算 公 式 为 “ _ -0 ． 02 3 R 。 J ， 1 3 ，2 式 巾 P， ‘ 普 朗特 数 ， 此 处 给 定 为 0 ． 7 1 3； 为空 气 的导热 系 数 。 2 ． 3 模 拟 结 果 将 述 求 的 导热 系数 、 散 热 系数 及 热 源 参数 施 加 到磁 力祸 合 器 求 解 模 型 r f 1 ． 取 气 隙 为 1 8 mm． 输 入转 速 为 l 0 0 0 r ／ ／ mi n ． 环 境 的初 始温度 为 1 5℃ ， 即可进 磁 力耦 合 器 的稳 态 温度 场 分析 。为研 究磁 力耦合 器 大功 钲工 况 下 的 永 磁体 温 度 场 ， 取 正 常 及 5 种 大 功率 一 I 况下 所对 应 的不 同转 差牢进 行模 拟 分 析 。 转 篮 △ 叫 分 别 取3 O ， 6 ，9 O ，1 2 O ，l 5 O ， 1 8 O r ／ mi n时 ， 磁 力 耦 合 器 永 磁 体 的 温 度 曲 线 及 分 布云 图分 J lJ 如 3干 4所 示 。 图 { 同转等量下 的永磁体温度f }} i 线 Fi g． 3 I c mpe r a t ur e c ur v e of p er n l a ne n t ma gne t s t i nd e r d i f f e r e nt s l i p s e△ 1 5 0 r ／ m l 11 I △ 1 8 0 r ／ n i l i i 图 d 不同转 羞艟下的水磁体温度分布 云 Fi g．4 The t e mpo r a l i．1 r t 、f i e l d c l ou d pi c t ur e un de r di f f e r e nt s l i p s 巾图 3 、 图 4可 以 看 j I I 随 着 转 差增 大 ． 磁 力耦 合器 巾的永磁 体 温 度 呈 现 } { J 逐 步增 大 的 趋 势 ， 结 合 式 8 可 知 ， 随着 转 差 △ 叫增 大 ， 热 源 损 耗 P ． 也增 大 ， 铜盘 的温 度升 高 ， 传 导 至水 磁 体 的热 最 增 多 。 在转 差 达 到 1 8 O r ／ rai n的极 限 情 况 下 ， 永 磁 体 最 高 温 度为 5 1 ． 8 6℃ ， 外侧 温 度最 低 为 2 7 ． 7 8℃ 。永 磁转 子 的 最 高 温 度 均 f f 现 水 磁 体 内侧 的 巾心 位 ，与轭 铁相 接 触 的 一侧 温 度 棚 对 最 低 。 『 f l 干导 休 转 子 为磁力耦 合 器 的主 曼热源 ， 通 过与 内 、 外侧 的空 气对 流换 热来 发 散 热 量 ， 但 内 侧 空 气 与导 体 转 子 对 流换 热很 快 达到 热饱 和 ， 敝 永 磁体 内侧 具 有 比较 高 的温 度 。 在 此 基 础 上 ， 取 转 差 △ 叫 为 1 8 0 r ／ rai n ． 分别 没 定 不 同的气 隙距 离 ， 进 一 步模 拟 磁 力耦 合 器 大功 率 高负 载 T况下 的温度 场 特性 。不 同气 隙 下的 水磁 体温 度 见表 1 。 从 表 l中可 知 ． 随 着磁 力耦 合 器 气 隙 距 离 的减 小 ， 永 磁体 的最 高 温度 逐 步 升 高 。当T 作 气 隙 悯节 至 1 5 mm 以下 时 ， 永 磁体 最 高 温 度 急 剧上 升 ， 当气 隙达 剑 3 H I r I 1 时 ， 磁 力耦 合器 巾永 磁 体 的 最 高 温 度 达 到 2 1 7 ． 1 2℃ ， 如 图 5所示 。 f } j 文献[ 1 5 ] 叮知 ， 水磁体 空气气隙 f I 产生 的 U㈡门门HH ■ 隰 HI 二 ] UnH ● № 一 M “ ” 丌 川 蜘 们 忉 “ 制 “ 弛 ” 豳 目 U ㈠ n H H 1] 互 l - 2 1 】 7年 第 8期 郭 永 存等 可调速 型 盘式磁 力耦 合 器永磁 体温度 场研 究 6 5 】 小M气隙 F 的水磁体温度 Tf l 1 l 1 l e mp 、 r a l i． 1 r e of p er n l a n en l ma gne t s ull d e r di f f e r en t a i r ga p s 气隙 D I Il l 水磁体最高温J 建／ o 、 永磁体平均温度／ ／ a A St e a c t y St a t e 1 h e r ’ I I 1 I l e mpe r a t t l l c I 5 。 pe I c nl p el a t u I ’ c 【 j nl t L 、 me l M a x 2I 7 l M l I 1 l 】 7 7 ‘ 冈 1 7 ．1 95 f 1 5 8 4 1 l 7 2 q7 I 9 4 50 q 39 7 1 8 3 f 7 7 5 t 隙 为 { r l l I n的温度场分布 云罔 I l ． 5 I e mpc r a t u r e f i e l d c l ou d p i c l u r e u nde r a i r g ap i s 3 r nn l 磁 场强 度 t 曼决 定 于 磁 铁 内 部 的 最 大 磁 能 积 和 剩 磁 ． 两 1 l{ ． 的实测 值 越 大 。 住 气 隙 巾产 生 的磁 场 越 大 ， 磁 力舶 合 器 1 作 『 1 1f 能传递 的 T作扭 矩也 就越 大 。烧 结 Nd F e t j 的剩 磁 B r 干 最 大磁 能积 BH 随温 度 变化 的下 降情 况 如 6所示 。 5 4 0 褂 堂 3 0 2 0 趣l 0 0 5 1 0 0 1 5 0 2 0 0 温 度／ ℃ 6 烧 N d F e I 3 磁性能随温度变化 f} f I 线 Fi g ．6 i e mp er a t t i r e c h an ge c t 1 1 ‘ v e o f ma gn e t i c p r o pe r t ms of s i nl e r e l Nd Fe l { 3试验 分析 t I 『 州 速 删钴 磁 力耦 合 器 测 试装 置 如 图 7所 爪 ． 『 f 1 输 入[ U动机 、 负载 电动 机 、 风 扇 、 扭 矩 、 速 度传感器、 磁 力椭合器 、 气隙训节装黄、 温度传感 器 等组 成 测 试装 『 { I P I 、 控 制 的 变频 电 动机 提供 动 力 。 磁 力耦 合 器果川 气 冷却 方式 降温 ， 通过 气 隙 州 装 改 变水磁 休 干 铜盘 的气 隙大小 。 a 装 置 组 成 羹 b装 置 物 图 7 呵调速 型盘式磁 力耦 合器测试装置 Fi g．7 Fe s t de v i c e of d i s c t y pe s pe e d r e g ul a t i on mag ne t i c c o upl e r 测 试 装置 中设 置 了工 业 级 红 外 温 度传 感 器 ， 其 温度 测试 范 为 一2 O ～ 1 2 0 0 ℃ 分 段 可 扩 展 ， 测 温精 度为 测量 值 的 1 ％或 者 1℃ 。通 过 装置 ， 测 试 r前义 巾 2组T 况 下 永 磁 体 的 温 度 情 况 ， 并 与 模 拟结 果进 行对 比分 析 ， 如 罔 8所 示 。 a 气隙为 1 8 mm i 改变转 差 } 】 转 差 为 l 8 O r ／ rai n并 改 变气 隙 图 8 测 试温度 曲线 Fi g． 8 Te s t t e mpe r a t u r e c ur ve 从 『皋 ]8可 以看 出 ① 转 差在 1 8 O r ／ mi n 以下 ， 气 隙不小于 1 8 mm 的工况下， 磁力耦合器的永磁体温 度 都将保 持 在 5 5℃ 以下 ； 随 着气 隙距 离 逐 渐 缩 短 ， 水 磁体 温度 逐渐 升 高 ， 当气 隙距 离 小 于 1 5 mm 时 ， 永 磁体 温度 急剧 上 升 。气 隙缩 减 至 3 mlT l 时 ， 永 磁 6 6 工矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 体实 际温 度将 达 到 1 8 0℃ 以上 。② 与模 拟 结 果 相 对 比， 实际测试值存在一定的偏差 ， 这是因为温度传 r r] 感 器 只能 探测所 对 某 点 的温 度状 态 ， 可 能会 与 永磁 J 体最高温度位置有所偏差 ， 但整体温度趋势一致 ， 有 较好的参考价值 。 4 结论 运用 磁路 法对 可 调速 型盘 式磁力 耦 合器 导体 转 子涡 流损 耗进 行 了推 导 ， 利 用 有 限元 软 件 对 给 定参 数 的可调 速 型盘式 磁力 耦合 器进 行 了稳 态温度 场研 究 ， 试验结果与模拟值基本一致 。 1 当磁力耦合器 的气 隙不小于 1 8 mm， 转差 在 1 8 0 r ／ mi n以下 ， 其永磁体温度将保持在 5 5℃以 下 ， 永 磁体 的最大磁 能 积和 剩磁 几乎 不受 影 响 ， 远 未 达到 危险 温度 ， 可保 证磁 力耦 合器 正 常 高效工作 。 2 当磁力耦合器处于大功率 、 高负载工作状 态下 ， 气隙距离对永磁体 的温度状 态影 响显著 。当 转差 为 1 8 0 r ／ mi n ， 气 隙小于 1 5 1 T i m 时 ， 永 磁体 温度 将急剧上升； 当气隙小于 9 r n m时， 永磁体最高温度 接近 1 0 0℃ ， 剩磁 相 比于 室温 下 降 7 ． 6 ， 最大 磁 能 积 降低 1 4 ． 9 ； 当 气 隙减 小 至 3 r n m 时 ， 永 磁 体 的 实际最高温度将达到 1 8 0℃以上 ， 剩磁相 比于室温 下降接近 2 o ， 最大磁能积下降约 4 5 。为保证可 调速 型盘 式磁 力耦 合 器 正 常 工 作 及 安 全可 靠 ， 应尽 量 避免 以上 的危 险 工作状 态 。若 要求 磁力 耦合 器在 此 类工 况下 运行 ， 需 进一 步改 善其 冷却 系统 ， 如 将风 冷 变 为液体 冷却 等 。 参考 文献 R e f e r e n c e s [1] [2 ] [3 ] [ 4] 赵清 ， 邵龙 ， 于静泽 ， 等． 变 速磁力 耦合 器研 究 I- J ] ． 电 气 应 用 ， 2 O 1 3 4 8 2 8 7 ． ZHAO Qi n g， SHAO Lo n g， YU J i n g z e ， e t a 1 ． Re s e a r c h o n v a r i a b l e s p e e d ma g n e t i c c o u p l i n g[ ．『 ] ．E l e c