高性能调磁式异步磁力联轴器的设计理论与方法研究

针对高温、高速、耐腐蚀等恶劣工作条件下的磁力传动问题，提出将磁场调制机制应用于永磁感应磁场中以获得具有高性能功效的磁场调制式异步磁力联轴器的新理念，通过研究调磁机理对永磁感应磁力传动的影响，获得外转子的磁极数、调磁极片数、内转子槽数的最佳匹配关系及其计算方法；研究电磁作用下的温升问题，研究温度场分布及其变化规律，建立温度与传动性能的关系；研究磁场调制后的空间谐波及其气隙磁密分布；采用现代测试技术研究磁力传动性能及磁场测试分析方法，采用理论研究、数值模拟、优化设计、试验验证相结合的方法，解决内转子感应电流、感应磁场的计算方法及其对空间谐波影响规律的关键问题，形成高性能异步磁力联轴器的设计理论与方法，为此类技术的产品开发提供理论依据。本项目的研究是对永磁感应传动技术领域具有创意性探索，它的研究将进一步丰富和完善磁力机械学的内涵，拓展永磁传动应用范畴。

以调磁式异步磁力联轴器为研究对象，系统研究了调磁机理和电磁感应原理的复合传动机理，通过研究调制后空间谐波的磁极对数和角速度，推得了传动比与转差率的关系；应用等效面电流法建立了联轴器静态气隙磁场以及负载下导体感应电流产生的感应磁场的数学模型，获得了不同永磁阵列的三维、二维磁感应强度分布，并对静态气隙磁场进行二次开发，实现了气隙磁场的参数化设计；进行了联轴器的磁路设计和结构设计，获得了调磁极片数与永磁转子磁极对数、导体转子槽数之间的最佳匹配关系，进行了调制磁场的设计；研制了适于磁力联轴器导体基波电动势的星形相量图，分析了不同槽极配合下的导条及调磁极片的空间分布，得到了导体转子、调磁极片的感应电流或涡流的分布情况；利用有限元技术进行了电磁场的数值模拟，研究了磁力联轴器中气隙磁场、感应电流及三维温度场的分布规律，通过数值模拟和谐波分析，获得了槽极匹配与传动性能的关系，验证了槽极匹配关系理论分析的正确性，进行了结构参数的优化，解决了该类磁力联轴器设计的关键问题；研制了调磁式异步磁力联轴器的多种样机，特别是解决了调磁装置的关键制造问题，研究了三维气隙磁场、调制气隙磁场、温度场及传动性能的测试方法，获得了样机结构参数与传动性能的关系，在此基础上建立了此类磁力联轴器的设计理论与方法，为此类产品的设计开发、性能提升奠定基础。调磁式异步磁力联轴器不仅具有变速功能，而且还可实现耐高温、耐腐蚀等恶劣工作环境下的传动。本课题的研究是对原有永磁感应传动技术的具有创意性探索，它的研究将进一步丰富和完善磁力机械学的内涵，拓展永磁传动技术应用范畴。