永磁调速器的设计及相关性能分析

论文摘要

永磁调速器是基于永磁传动技术实现力或转矩无接触传递的一种新型调速节能装置。随着磁力驱动器在工业上应用的逐渐推广,人们对它有了更高要求。科学的计算和研究磁力驱动器的相关性能,对永磁传动技术的研究有重要的意义。本文首先简要介绍了永磁调速器的历史背景、在国内外的发展情况以及今后的发展趋势,并比较了永磁调速器和其他几种调速器的性能指标,得出了永磁调速器的工作特点。然后,基于电磁场的理论基础,推导出永磁调速器的工作原理,并设计了其主要结构。在此基础上,对永磁调速器的技术特性进行了概括分析。本文还设计了永磁调速器的磁路,并进行优化设计。设计磁路时,首先定义永磁调速器的一些相关性能及需要满足的性能指标,根据这些性能要求,参照永磁体材料的特性来选择所需材料；然后,根据永磁材料特性曲线,确定永磁体的形状和尺寸；在确定永磁体形状和尺寸后,合理设计永磁体的布置方式和磁路的形式；完成了对永磁体磁路的设计之后,应用ANSYS仿真软件对二维磁路仿真,做出了完整的闭合磁路,验证了磁路的正确性,并且对长径比、磁极数、永磁体厚度、软磁体圆盘厚度和钢盘厚度进行了优化设计。本文最后应用有限元法对永磁调速器的二维涡流场研究分析,建立了涡流的有限元模型,并利用ANSYS软件的有限元方法分析了永磁调速器的涡流分布,获得涡流和转矩的相关结论,然后给出了计算转矩和传递效率的方法。通过本文对永磁调速器的设计及其相关性能分析研究,所得出的结论对今后工程中磁性联轴器设计以及工作特性研究都具有十分重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 综述
• 1.1 永磁传动技术
• 1.1.1 永磁传动技术的国内外发展情况
• 1.1.2 永磁传动技术的发展趋势
• 1.2 永磁调速器的发展现状
• 1.3 永磁调速器的技术特性及应用
• 1.4 本文研究的主要内容和意义
• 1.4.1 本文研究的意义
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 第2章 永磁调速器的相关理论
• 2.1 永磁调速器的基本结构与工作原理
• 2.1.1 永磁调速器的单组结构
• 2.1.2 永磁调速器的工作原理
• 2.1.3 永磁调速器的修正结构
• 2.2 永磁调速器与同类产品的性能比较
• 2.3 永磁调速器的数学模型
• 2.3.1 基本假设
• 2.3.2 数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 永磁调速器的磁路设计
• 3.1 磁路设计的依据和要求
• 3.2 磁路材料的选择
• 3.2.1 永磁材料设计的要求
• 3.2.2 不同永磁材料的比较
• 3.2.3 永磁材料的基本特性
• 3.2.4 永磁调速器选用永磁材料时的注意事项
• 3.2.5 永磁材料的选择
• 3.3 永磁体形状和尺寸的选择
• 3.3.1 永磁体形状的选择
• 3.3.2 永磁体尺寸的选择
• 3.4 磁路的形式与选择
• 3.4.1 永磁体的布置方式
• 3.4.2 磁路的形式
• 3.5 本章小结
• 第4章 永磁调速器磁路的仿真分析及优化
• 4.1 ANSYS仿真软件简介
• 4.1.1 ANSYS仿真软件概述
• 4.1.2 ANSYS仿真的步骤
• 4.2 有限元分析的基本理论
• 4.3 二维仿真分析
• 4.3.1 基本假设
• 4.3.2 二维电磁耦合场的有限元分析
• 4.4 磁路相关参数的优化设计
• 4.4.1 长径比
• 4.4.2 磁极数的优化
• 4.4.3 钢盘厚度的优化
• 4.4.4 永磁体厚度的优化
• 4.4.5 软磁体圆盘厚度的优化
• 4.5 本章小结
• 第5章 永磁调速器的涡流分析与性能计算
• 5.1 涡流的产生及影响
• 5.1.1 涡流产生的原因
• 5.1.2 涡流的影响
• 5.2 涡流场的有限元分析
• 5.2.1 涡流分布
• 5.2.2 涡流损耗
• 5.2.3 相关参数对涡流的影响
• 5.3 转矩的计算
• 5.3.1 麦克斯韦应力法
• 5.3.2 虚功原理
• 5.3.3 转矩仿真分析
• 5.4 永磁调速器传递效率的计算
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 研究结果总结
• 6.2 今后的研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间申请的专利