永磁磁力耦合器损耗的计算与分析

永磁磁力耦合器损耗的计算与分析

论文摘要

本文首先简述了永磁磁力耦合器及其发展状况、发展趋势。介绍了永磁磁力耦合器的结构、工作原理、磁力联轴器的分类。并将永磁磁力耦合器同液力耦合器及变频调速器作比较。本文根据永磁磁力耦合器具有的导体铜盘、永磁体的典型结构以及工作原理,依据广泛用于具有类似结构的永磁电机的线性层级分析方法,建立永磁磁力耦合器的简化模型。该模型中只有一个磁钢盘,两层导体铜盘,磁钢盘具有十六个磁极。利用模型推导出的公式计算了涡流密度,磁体处的磁感应强度,借助磁体处的磁感应强度与各层的级联关系,计算出其余层的磁感应强度。同时,还利用ANSYS的电磁场分析模块建立永磁磁力耦合器的模型,分析永磁磁力耦合器中涡流、磁场强度、磁感应强度等场量的分布,并计算涡流导致的损耗功率。利用有限元方法计算分析了永磁体的温度分布,并计算了导热和强制对流散热的效率。最后,计算分析了涡流产生使的扭矩和轴向力。通过本文的计算与分析,揭示了永磁磁力耦合器的损耗、扭矩、轴向斥力与转速之间的相互关系,即在转速提高的过程中,轴向斥力不断增大,损耗功率逐渐增加,扭矩则由于轴向合力的变化呈现先增大后减小的趋势。表明了永磁磁力耦合器能够解决随着转速增加,所需扭矩与损耗增大的矛盾。

论文目录

  • 提要
  • 第1章 绪论
  • 1.1 永磁磁力耦合器综述
  • 1.2 永磁磁力耦合器的发展状况及趋势
  • 1.3 本文研究的内容
  • 第2章 永磁磁力耦合器简介
  • 2.1 永磁磁力耦合器的结构
  • 2.2 永磁磁力耦合器的工作原理
  • 2.3 永磁磁力耦合器的特点
  • 2.4 永磁磁力耦合器与其它类型联轴器的比较
  • 2.4.1 联轴器的分类
  • 2.4.2 永磁磁力耦合器与液力耦合器的比较
  • 2.4.3 永磁磁力耦合器与变频调速耦合器的比较
  • 2.4.4 永磁联轴器的分类
  • 2.5 永磁磁力耦合器的型号
  • 2.6 永磁材料
  • 2.7 本章小结
  • 第3章 涡流及其损耗
  • 3.1 涡流产生的原因
  • 3.2 永磁磁力耦合器的数学模型
  • 3.2.1 关于模型的假设
  • 3.2.2 耦合器模型
  • 3.3 涡流的数学表达式及计算
  • 3.4 磁体层的磁感应强度计算
  • 3.5 损耗功率的计算
  • 3.6 利用有限元法分析磁力耦合器
  • 3.6.1 电磁场数值分析法的原理
  • 3.6.2 电磁场分析用软件
  • 3.6.3 ANSYS 电磁场分析原理及耦合器的分析过程
  • 3.7 本章小结
  • 第4章 永磁磁力耦合器的热分析
  • 4.1 永磁磁力耦合器进行热分析的意义
  • 4.2 导热相关理论
  • 4.2.1 导热的基本定律
  • 4.2.2 导热微分方程
  • 4.2.3 导热微分方程的定解条件
  • 4.2.4 导热问题的分类及其求解方法
  • 4.3 永磁体温度分布的有限元分析
  • 4.3.1 圆柱坐标下三维温度场的边值问题
  • 4.3.2 三维温度场的有限元计算格式
  • 4.3.3 边界条件的处理
  • 4.4 永磁体与背面钢架之间的热传导
  • 4.5 永磁体与空气之间的强制对流换热
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 扭矩和轴向力计算分析
  • 5.1 永磁磁力耦合器扭矩和轴向力的计算
  • 5.2 永磁磁力耦合器的传动效率
  • 5.3 本章小结
  • 第6章 结论及展望
  • 参考文献
  • 附录
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 致谢
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