复合式磁力耦合器的设计与试验研究

安徽四创电子股份有限公司 朱小三

复合式磁力耦合器在实际应用过程中，其主要为了针对硬岩掘进机在启动一些振动比较大的过载工作。在现代科学技术的不断进步和发展背景下，有很多新型技术被广泛应用到各个领域中，其中复合式磁力耦合器的使用，能够实现对振动大的过载工作起到良好的保护效果。与此同时，需要与新型复合式磁力耦合器的结构特点进行有效结合，这样不仅能够保证其整体应用效果，而且还能够实现对复合式磁力耦合器科学合理的设计和利用。

1.复合式磁力耦合器的设计

本文在针对复合式耦合器的实际应用情况进行分析时，主要是在原有的磁力耦合器结构特征基础上，提出一种全新的理念，也就是具有复合式特征的耦合器。复合式耦合器在实际应用过程中，其永磁体在径向以及轴向会实现同时充磁的现象，铜导体在径向以及端面两个位置处，会实现磁力线的同时切割。这样能够最大限度保证电磁阻尼的有效增加，同时，在一些同等体积或者是同等尺寸的背景下，可以实现传动功率大幅度的提升。除此之外，在传递功率处于一定状态的时候，可以适当对耦合器体积或者是尺寸进行缩小处理，这样能够尽可能节约其空间占有面积。

复合式磁力耦合器本身是左右对称式的结构。为了能够方便分析，只是将其中的四分之一进行选取，实现对其磁路的有效分析。图1中所呈现的是复合式磁力耦合器的磁力线走势图。对其分析可以总结出，其磁通路径与一些普通筒式的磁力耦合器相比，复合式磁力耦合器本身的复杂性更加明显。漏磁一般都会分为很多种不同类型，比如气隙漏磁回路、复合漏磁回路等。在针对这些不同类型的漏磁现象进行分析时发现，气隙漏磁的出现，会随着气隙本身的长度变化而产生相对应的变化[2]。

图1 复合式磁力耦合器磁力线走势图

2.复合式磁力耦合器的设计与试验

在针对复合式磁力耦合器的实际应用情况进行分析时，为了保证分析结果具有真实性和有效性，需要通过试验对其进行验证。

2.1 仿真

根据下表1中所呈现出的数据和内容进行分析可以看出，由于下表中主要是复合式磁力耦合器和双盘式磁力耦合器在试验过程中的各项参数。在分析过程中，主要通过三维磁场仿真软件科学合理的利用，通过Ansoft促使模型得到有效的构建和使用。在针对其求解类型进行确定的时候，将其直接定义成为瞬态电磁场仿真。在针对永磁体材料进行选择的时候，将其确定为NdFe35，永磁体轭铁材料确定为steel_1010。除此之外，将求解的时间设置在0.3s，步长控制在0.001s，外转子在实际输入过程中，其整体转速控制在450r/min[3]。

据对上文中的分析内容可以确定，在试验过程中，可以直接通过仿真模型的制作和利用，获得两种磁力耦合器在不同转子位置的气隙磁通密度分布情况，如图2所示，同时其扭矩波动如图3所示。在这一基础上，与实际情况进行结合之后，对不同转差之下的两种磁力耦合器扭矩进行仿真分析，最终得出的数据结果如表1所示。

图2 气隙磁场中心的磁通密度分布

图3 复合式磁力耦合器的扭矩仿真图

表1 复合式磁力耦合器的仿真数据

通过对图2中所示内容进行分析可以得出，在针对气隙磁场轴向磁通密度进行分析时，复合式磁力耦合器与普通的双盘式耦合器相比，相互之间的差异性并不是很明显。但是在针对一些径向磁通密度进行具体分析时，对两者的数值进行对比分析可以看出，由于复合式磁力耦合器本身存在径向永磁转子，所以对磁场的正对面积能够起到非常有效的扩大作用，这样就会促使气隙磁场的整体强度得到有效提升。

图4 复合式磁力耦合器样机试验装置

2.2 试验验证研究

复合式磁力耦合器应用试验设备主要包括51K120A-A（C/Y）F型可调速加载电机、YH-502型动态扭矩传感器等。图4为1：2样机试验装置。

过程中，为了保证整个分析过程具有方便快捷的特征，需要通过变频器的合理使用，促使负载电机的的转速被恒定在450r/min。除此之外，对加载电机的转速进行有效控制，将其控制在50至450r/min的转速。由于负载电机在实际应用过程中，其与复合式磁力耦合器样机相互之间需要保证同步旋转，所以试验样机的电磁扭矩可以被看作是扭矩传感器的最终读数。

利用非接触式转速仪，对试验样机输出情况进行测试并统计分析。如表2所示。

表2 复合式磁力耦合器加载扭矩试验数据

通过对表2中所呈现出的数据进行综合分析和深入研究可以看出，加载扭矩如果越来越大，那么输出转速的整体比例就会越来越小。除此之外，加载扭矩在每增大5N·m的时候，复合式磁力耦合器在实际运作过程中，其整体转差率就会增加大概0.22%左右。由此可以看出，转差率与复合式磁力耦合器试验样机的加载扭矩之间呈基本线性关系。通过对表2、表3中的数据进行整合分析，可以将复合式磁力耦合器的加载扭矩、转差率相互之间的关系描绘出来，如图5所示。

图5 复合式磁力耦合器加载扭矩与转差率的关系

通过对图5中的内容进行分析可以得出，加载扭矩越来越大，电磁扭矩在理论值/仿真值和试验值也呈现出线性增大，且三组数值比较接近，对本文模型的正确性和有效性基本可以得出有效的验证结论。

3.结束语

综上所述，本文在针对复合式磁力耦合器的设计情况进行分析时，通过试验研究的方式对其进行有效的论证分析。本文主要是针对复合式磁力耦合器的实际应用情况进行分析，结合实际情况，按照1：2的比例制作出样机，对复合式磁力耦合器本身的实际情况进行试验研究。通过试验结果可以看出，如果加载扭矩增加5N·m的时候，那么转差率可以增加0.22%左右。由此可以看出，复合式磁力耦合器的加载扭矩与转差率相互之间可以以线性关系的共存。