【正文】 王玉良 .國外永磁傳動(dòng)技術(shù)的新發(fā)展 [J].磁性材料及器件 .2021, (08): 5559 [12] . A TwoDimensional Analysis for the Coupling of Magic Gears[J]. IEEE Trans. 1997, 33(3): 61126115 [13] , . A ThreeDimensional Model forComputing the Torque of Radial Couplings[J]. IEEE Trans. 1995, 31(5): 22412244 [14] 高秀峰 .圓筒式永磁聯(lián)軸 器工作特性分析「 博士學(xué)位論文 ].長春： 吉林大學(xué)， 2021 [15] 王景海 .磁力偶合器扭力矩的計(jì)算 [J].水泵技術(shù) .1993, (5): 2122 [16] 趙國偉 ,葉子兆 ,周國忠 ,等 .有限元法計(jì)算磁力聯(lián)軸器磁力矩 [J].水泵技術(shù) .2021, (04): 2426 [17] 張倩 ,胡仁喜 . 電磁學(xué)有限元分析從入門到精通 [M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社 ,2021, 5967 [18] 陳精一 .ANSYS 工程分析實(shí)例教程 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2021, 7784 [19] 從恒斌 ,馬彥 .磁力聯(lián)軸器力矩的有限元計(jì)算 [J].沈陽黃金學(xué)院學(xué)報(bào) .1996，15(4): 353357 中國礦業(yè)大學(xué) (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 35 [20] , , . A High Efficiency Alignment and Vibration Tolsrant,Coupler Using High Energy Product Permanent Mags[J]. IEE Seventh Electric Motors and Drives Conference. 1995, 73(02): 299305 [21] . 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The proposed research provides the instruct。在此論文順利完成之際，我向尊敬的劉老師表示衷心的感謝 ! 感謝實(shí)驗(yàn)室的師兄、師姐們對(duì)我學(xué)習(xí)和生活上悉心的指導(dǎo)和照顧！感謝李旭久師兄在學(xué)術(shù)上給予的大力幫助及實(shí)驗(yàn)過程中的各方面支持 ! 感謝中國礦業(yè)大學(xué)（北京）機(jī)電學(xué)院和材料 082 班這個(gè)集體，讓我度過了大學(xué)美好的四年，給我提供了良好的學(xué)習(xí)氛圍和生活環(huán)境！ 感謝我的親人、室友以及身邊的朋友，你們無私的支持與關(guān)愛是我奮斗進(jìn)取的動(dòng)力！ 感謝論文引用參考文獻(xiàn)中提及和未提及的著、譯、作者！ 最后感謝各位老師在百忙 之中評(píng)閱我的論文，參加我的答辯，由于時(shí)間和水平有限，論文難免存在缺點(diǎn)和不足，期盼能得到各位老師的批評(píng)與指正。即隨永磁體厚度增加，徑向磁力 逐漸增加，永磁體厚度達(dá) 30mm 時(shí)趨于飽和。這是因?yàn)?，?dāng)永磁體厚度增加時(shí)，磁勢增大，導(dǎo)致傳遞轉(zhuǎn)矩增加得很快，同時(shí)磁阻與漏磁也隨之增大。 3）永磁體厚度對(duì)徑向磁力的影響 徑向磁力實(shí)際上是永磁轉(zhuǎn)子上的永磁體與銅盤上感應(yīng)渦流之間相互作用力的徑向分力，永磁體與感應(yīng)渦流形成一定的轉(zhuǎn)角差，兩者之間相互作用力比較復(fù)雜，徑向磁力使得主動(dòng)盤帶動(dòng)從動(dòng)盤運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為永磁轉(zhuǎn)子傳遞給銅環(huán)的轉(zhuǎn)矩的大小。 表 3 永磁體厚度與軸向力關(guān)系表 永磁體厚度δ mm 軸向力 F/N 軸向力近似值 Fs/N 10 15 20 25 30 35 40 永磁體厚度與軸向力擬合曲線如圖 18 所示。渦流主要分布在銅環(huán)表面的一薄層中，特別是靠近內(nèi)徑和外徑的地方，集膚效應(yīng)明顯。 中國礦業(yè)大學(xué) (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 后處理 用 ANSYS 軟件處理有限元問題時(shí)，建立有限元模型并求解后，結(jié)果并不能直觀的顯示出來，必須要經(jīng)過后處理器的處理。 圖 16 永磁體排列分布圖及尺寸示意圖 如圖所示，磁極數(shù)目已定，永磁體排列分布也確定，故永磁體的寬度和長度不變，也就是說，在磁極對(duì)數(shù)確定的情況下，徑向的永磁體的橫截面積是固定的。 為了更加接近設(shè)備運(yùn)行實(shí)際情況，永磁材料選用第 3 代釹鐵硼永磁體，銅材質(zhì)選用黃銅 H62 規(guī)格，鋼盤選用 45 號(hào)鋼。 本單元由 10 個(gè)節(jié)點(diǎn)定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有 6 個(gè)自由度。 前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有 限元模型； 分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力； 后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。例如重力加速度、角速度、角加速度引起的慣性力。例如結(jié)構(gòu)分析中的壓力，熱力學(xué)分析中的對(duì)流和熱通量。例如在結(jié)構(gòu)分析中約束是指位移和對(duì)稱邊界條件，而在熱力學(xué)分析中則指的是溫度和熱通量平行的邊界條件。 Ansys 有限元軟件處理計(jì)算機(jī)模擬研究問題的一般步驟為： 1） 建立幾何單元模型。同時(shí)用傳統(tǒng)電磁理論進(jìn)行磁場力計(jì)算時(shí)，如要保證精度則計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜或根本無法計(jì)算，公式法計(jì)算磁場力簡單方便，但相關(guān)參數(shù)難以準(zhǔn)確估計(jì)，誤差較大，因而大大限制了它的實(shí)用價(jià)值。 上述為磁力計(jì)算的基本原理，表述了磁力中吸引力和排斥力的計(jì)算以及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算。當(dāng)磁極兩端由于自動(dòng)吸引使得 N、 S 極相對(duì)，此時(shí)機(jī)構(gòu)靜止。當(dāng) F 去正值時(shí)為排斥力，當(dāng)F 取值為負(fù)值時(shí)為吸引力。根據(jù)理論力學(xué)，機(jī)構(gòu)在某一個(gè)中國礦業(yè)大學(xué) (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 19 方向上的力等于在該方向上的能量梯度，即 i iWF q??? 其中， W 表示的是機(jī)構(gòu)的能量 qi 表示的是在 i 方向上的坐標(biāo) Fi 表示的是在 i 方向上的力 這個(gè)公式是計(jì)算磁力的基本公式，磁力包括吸引力和排斥力吸引力。 每類產(chǎn)品按最大磁能積大小劃分若干個(gè)牌號(hào)。釹鐵硼的優(yōu)點(diǎn)是性價(jià)比高，具良好的機(jī)械特性；不足之處在于居里溫度點(diǎn)低，溫度特性差，且易于粉化腐蝕，必須通過調(diào)整其化學(xué)成分和采取表面處理方法使之得以改進(jìn)，才能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。 本文選用釹鐵硼（ NdFeB）為永磁體材料。目前稀土永磁應(yīng)用已滲透到汽車、家用電器、電子儀表、核磁共振成像儀、音響設(shè)備、微特電機(jī)、移動(dòng)電話等方面。稀土永磁材料是現(xiàn)在已知的綜合性能最高的一種永磁材料，它比十九世紀(jì)使用的磁鋼的磁性能高 100 多倍，比鐵氧體、鋁鎳鈷性能優(yōu)越得多，比昂貴的鉑鈷合金的磁性能還高一倍。 稀土永磁分釤鈷（ SmCo）永磁體和釹鐵硼（ NdFeB）系永磁體，其中SmCo磁體的磁能積在 1530MGOe之間， NdFeB系永磁體的磁能積在 2750 MGOe 之間，被稱為“永磁王”，是目前磁性最高的永磁材料。 稀土永磁材料 稀土永磁材料是指稀土金屬和過渡族金屬形成的合金 用粉 末冶金方法壓型燒結(jié)，經(jīng)磁場充磁后制得的一種磁性材料。但是，無論是哪一類應(yīng)用，都與永磁材料的剩余磁通密度 (B)和矯頑力 (H)有直接的關(guān)系。根據(jù)磁力的不同對(duì)象和作用原理，可將永磁材料用于不同的領(lǐng)域。根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理，相鄰感應(yīng)磁場對(duì)永磁體的作用力在旋轉(zhuǎn)方向上是疊加的，帶動(dòng)從動(dòng)轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動(dòng)，有助于獲得更高轉(zhuǎn)矩。由這個(gè)原理可以知道，通過調(diào)整氣隙可以獲得可調(diào)整的、可控制的、可以重復(fù)的負(fù)載轉(zhuǎn)速，永磁調(diào)速就是通過調(diào)節(jié)磁轉(zhuǎn)子與銅轉(zhuǎn)子之間氣隙的大小，控制傳遞扭矩的大小，實(shí)現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，達(dá)到減速節(jié)能的效果。由圖中可見，渦流式永磁磁力耦合驅(qū)動(dòng)器主要由銅轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和控制器三部分組成。 (8) 體積小，安裝方便，可方便地對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造或用在新建系統(tǒng)。 節(jié)電率達(dá)到 25%66%。過載中國礦業(yè)大學(xué) (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 保護(hù)功能。 表 1 永磁磁力傳動(dòng)裝置分類表 序號(hào) 分類 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 現(xiàn)有產(chǎn)品和研發(fā)狀況 1 轉(zhuǎn)子式 由主動(dòng)磁組件、被動(dòng)磁組件和隔離套三部分組成，三組件是同心的圓環(huán)體 磁力傳動(dòng)泵、磁力傳動(dòng)閥門、磁力增速器或減速器、磁力調(diào)速器，有的已投入市場應(yīng)用，有的尚在研發(fā) 2 渦流式 由銅轉(zhuǎn)子、永磁轉(zhuǎn)子和控制器三部分組成，銅轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子為圓盤式的 有限矩型、延時(shí)型、調(diào)速型磁力耦合器多種產(chǎn)品，已投入市場使用 3 離合式 由 主動(dòng)磁盤、被動(dòng)磁盤及控制器三部分組成，主動(dòng)件和被動(dòng)件均為圓盤式 永磁離合器、永磁制動(dòng)器，有的產(chǎn)品已投入市場使用 4 磁懸浮式 有圓周磁懸浮和直線導(dǎo)軌磁懸浮兩種 磁力軸承、無軸承電動(dòng)機(jī)及磁懸浮導(dǎo)軌等，有的形成產(chǎn)品，有的正在研發(fā) 其中渦流式永磁傳動(dòng)裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1) 總成本最低。 （ a） (b) 圖 3 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)磁力傳動(dòng) 1主動(dòng)軸 2從動(dòng)軸 中國礦業(yè)大學(xué) (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 從永磁體的配置上又分為分散型和組合型磁路 , 示于圖 4。 圖 1 磁力傳動(dòng)示意圖 1外永磁體 2內(nèi)永磁體 3 工作機(jī)組 4全封閉機(jī)罩 5原動(dòng)機(jī) 磁力傳動(dòng)對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)均適用 , 如圖 2 所示。 中國礦業(yè)大學(xué) (北京 )2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 2 磁力傳動(dòng)裝置 和永磁材料 的選擇 磁力傳動(dòng)技 術(shù) 磁力傳動(dòng)的原理 磁力傳動(dòng)技術(shù)的基本原理如圖 1 所示 ,工作機(jī)組 (3 )完全封閉在機(jī)罩(4 )內(nèi) , 通過磁性傳動(dòng)聯(lián)軸器 ( l 及 2 ) 將原動(dòng)機(jī) (5 )的運(yùn)動(dòng) (或動(dòng)力 ) 傳輸?shù)矫荛]的工作機(jī)組。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了在驅(qū)動(dòng)（電動(dòng)機(jī)）和被驅(qū)動(dòng)（負(fù)載）側(cè)沒有機(jī)械鏈接。由煙臺(tái)水泵廠研制的 75kW 磁傳動(dòng)離心泵 ,1996 年 7 月通過了山東科委組織的專家鑒定 ,測試性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求 ,運(yùn)行結(jié)果令人滿意。 1992 年沈陽水泵廠設(shè)計(jì)制造 CIH 系列磁傳動(dòng)泵 ,涉及 29 個(gè)規(guī)格 ,流量 :2～150m3/ h ,揚(yáng)程 :3. 5～ 380m ,電機(jī)功率 100kW 以下 ,工作溫度低于 250 ℃ 。 21 世紀(jì)制造的產(chǎn)品應(yīng)是符合生態(tài)環(huán)保，與人友好的 綠色產(chǎn)品，磁力傳動(dòng)技術(shù)正是適應(yīng)這一發(fā)展態(tài)勢，我國應(yīng)借鑒國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)努力推動(dòng)這一技術(shù)的發(fā)展。 加拿大 Nova 磁 有限公司生產(chǎn)的超壓風(fēng)機(jī)，在 170bar 氦氣壓力下，泄漏率小 1cm3/h，軸承壽命超過 10000h。地處美國邊界猶地州氣體動(dòng)力廠，透平壓縮機(jī)的潤滑泵是常軌的外嚙合齒輪泵。最低流量為 10ml/min，壓差7bar。問題的解決靠的是 Dickow 磁傳動(dòng)多級(jí)端吸泵，它的流量是 15m3/h，壓差 400m,確保了甲醇的零泄漏 ,保證操作人員與工廠的安全，并解決了甲醇中含有氣泡輸送問題。美國一家制藥廠有上百個(gè)裝有機(jī)械密封的離心泵，處理各種酸類，這些泵由于設(shè)計(jì)問題常常干運(yùn)轉(zhuǎn)，僅能使用 23 個(gè)月就自行破壞，換用了 Ansimag 公司生產(chǎn)的 K1516 系列磁傳動(dòng)泵，自 1993 年投入 運(yùn)行（每天操作 小時(shí)每年 365 天）至 1998 年還在運(yùn)行。永磁傳動(dòng)即永磁聯(lián)軸器對(duì)于需要密封的機(jī)械，對(duì)有害、有毒、污染、危險(xiǎn)、純凈、貴重的產(chǎn)品和生產(chǎn)過程是最安全的解決方法，它的應(yīng)用范圍很寬。永磁傳動(dòng)技術(shù)主要應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、石油化工、醫(yī)藥、食品工業(yè)中的泵和壓縮機(jī)、攪拌機(jī)與閥門等。 1983 年高性能釹鐵硼（ NdFeB） 永磁材料的問世，為磁力驅(qū)動(dòng)泵的快速發(fā)展提供了關(guān)鍵部件的材料。其中電磁場問題的分析包括，如電感、電容、磁通量密度、渦流、電場分布、磁力線分布、力、運(yùn)動(dòng)效應(yīng)、電路和能量損失等。它也是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、