磁性聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

   磁轉(zhuǎn)矩是磁性聯(lián)軸器的重要性能指標(biāo)之一，通常采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，誤差較大，造成磁材料浪費(fèi)。對(duì)磁性聯(lián)軸器進(jìn)行簡(jiǎn)化，采用軟件，在二維平面內(nèi)對(duì)磁性聯(lián)軸器進(jìn)行了數(shù)值模擬，深受磁場(chǎng)分布圖和磁轉(zhuǎn)矩值。計(jì)算出不同轉(zhuǎn)角狀態(tài)下的磁轉(zhuǎn)矩值；分別研究了在不同氣隙厚度、內(nèi)外軛鐵厚度、內(nèi)外永磁體厚度、磁及材料、磁及數(shù)目狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩值；并以所用磁性材料較小為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。磁性聯(lián)軸器的數(shù)值分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，目前磁性聯(lián)軸器主要一些基于磁路概念的理論和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，磁性聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)示意圖。在確定范圍內(nèi)可以滿足設(shè)計(jì)需要，但有明顯的不足：過分依賴于有限幾種典型結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，離開這些結(jié)構(gòu)所覆蓋的范圍就會(huì)導(dǎo)致很大的偏差；沒有考慮鐵磁材料的非線性，計(jì)算精度比較低；基于磁路計(jì)算只能給出積分意義下的場(chǎng)量平均值，不能考慮到永磁磁及在不同磁轉(zhuǎn)角下工作點(diǎn)，設(shè)計(jì)具有片面性。姚永德用有限元法對(duì)影響盤式磁性聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩的各個(gè)因素進(jìn)行了分析，并用試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。隨著CAE技術(shù)的不斷應(yīng)用，已經(jīng)能夠速度適宜準(zhǔn)確地對(duì)磁性聯(lián)軸器的磁場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。在磁性聯(lián)軸器數(shù)磁場(chǎng)數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，對(duì)磁性聯(lián)軸器不同磁轉(zhuǎn)角下的磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了研究，對(duì)影響磁轉(zhuǎn)矩的各個(gè)因素進(jìn)行了分析并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使磁性聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性深受提高，對(duì)磁力聯(lián)軸器的工程設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。磁轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)計(jì)算是一個(gè)非線性的三維問題，磁轉(zhuǎn)矩傳遞的物理過程主要發(fā)生在氣隙中，假設(shè)磁轉(zhuǎn)子的氣隙尺寸遠(yuǎn)小于其軸向尺寸，這樣在忽略端部效應(yīng)影響的前提下，將磁場(chǎng)分布的三維問題當(dāng)作二維問題進(jìn)行處理。磁轉(zhuǎn)子的內(nèi)外軛鐵均為導(dǎo)磁體，不發(fā)生磁飽和，忽略內(nèi)轉(zhuǎn)子軛鐵內(nèi)側(cè)和外轉(zhuǎn)子軛鐵外側(cè)的磁場(chǎng)。磁體在磁路中提供磁勢(shì)，磁路中氣隙磁密度越大，轉(zhuǎn)矩越大。在保護(hù)軛鐵不飽和的情況下，保持磁轉(zhuǎn)角θ=6°不變，分別改變內(nèi)外永磁體厚度，深受磁轉(zhuǎn)矩與磁體厚度的關(guān)系，在確定范圍內(nèi)，隨著永磁體厚度的更加，轉(zhuǎn)矩更加得較快；而當(dāng)永磁體更加到確定厚度后，轉(zhuǎn)矩更加變慢。這是因?yàn)殡S著永磁體厚度的更加，磁勢(shì)、磁阻和漏磁也更加，當(dāng)厚度更加到確定值后，所更加的磁勢(shì)幾乎全部消耗在更加的磁阻和漏磁上，而對(duì)轉(zhuǎn)矩的貢獻(xiàn)很小。因此，為了提高永磁體的利用率及降低成本，永磁體的厚度不宜太厚。

（1）將磁力泵磁性聯(lián)軸器的磁場(chǎng)簡(jiǎn)化為二維磁場(chǎng)，用ANSYS對(duì)其模型建立、屬性定義、網(wǎng)格劃分、邊界定義求解處磁性聯(lián)軸器的磁場(chǎng)分布的方法可行。（2）以一磁性聯(lián)軸器為例進(jìn)行數(shù)值模擬，深受不同工況下的磁場(chǎng)分布和矩角關(guān)系圖，結(jié)果可信。（3）分析了氣隙、軛鐵厚度、永磁體厚度及磁及數(shù)目對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響，符合工程實(shí)際，可指導(dǎo)具體設(shè)計(jì)。（4）對(duì)磁性聯(lián)軸器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。