[发明专利]一种新型调磁式异步磁力联轴器Halbach阵列结构设计

说明书

本发明公开一种新型调磁式异步磁力联轴器Halbach阵列结构设计方法，该方法是为提升调磁式异步磁力联轴器的传动性能，将 Halbach 永磁阵列应用于该类磁力联轴器中，利用有限元软件对其进行仿真，得到了对应不同永磁阵列的联轴器磁感应强度分布云图、磁力线分布图及输出转矩随时间的变化曲线，研究结果表明，当采用 Halbach 阵列时，磁力联轴器的主磁路外转子不需要轭铁，可减小机构的转动惯量；相比传统阵列，Halbach 阵列可明显提高联轴器的输出转矩；相比采用传统阵列磁体的联轴器，对应 90°、60°、45° Halbach 阵列的联轴器可使输出转矩分别提高 34.1%、52.3%、56.8%，合理选择结构参数可以提高磁力联轴器的转矩密度，为调磁式异步磁力联轴器结构参数的设计与优化提供依据及方向。

技术领域

本发明属于磁传动领域，尤其涉及一种新型调磁式异步磁力联轴器Halbach阵列结构设计方法。

背景技术

在工业领域中，磁力联轴器作为一种新型的传动方式越来越受到人们的青睐。磁力联轴器是利用永磁体的磁场来传递运动和转矩的，它与传统的机械式联轴器相比具有很多优点：其一，它能够实现运动和转矩的非接触传递且无需润滑，因此传动平稳、无摩擦能耗、无噪声、无油污、清洁等；其二，补偿性能好，安装、调试、拆卸、维修都十分方便。这些特点使磁力联轴器广泛应用于石油、化工、制药、汽车、风力发电、食品等领域中。近年来，伴随着环境、能源问题的日益突出，磁力联轴器受到了越来越多的关注与研究，其结构形式越来越多，应用范围也越来越广，市场前景十分广阔。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供了一种新型调磁式异步磁力联轴器Halbach阵列结构设计方法，该方法是为了提升调磁式异步磁力联轴器的传动性能，将Halbach永磁阵列应用于该类磁力联轴器中，利用有限元软件对其进行仿真，得到了对应不同永磁阵列的联轴器磁感应强度分布云图、磁力线分布图及输出转矩随时间的变化曲线，研究结果表明，当采用Halbach阵列时，磁力联轴器的主磁路外转子不需要轭铁，可减小机构的转动惯量；相比传统阵列，Halbach阵列可明显提高联轴器的输出转矩；相比采用传统阵列磁体的联轴器，对应 90°、60°、45°Halbach阵列的联轴器可使输出转矩分别提高 34.1%、52.3%、56.8%。

本发明采用的技术方案是，一种新型调磁式异步磁力联轴器Halbach阵列结构设计方法，包括解析模型、结构参数以及实验验证。

所述解析模型，调磁式异步磁力联轴器结构形式为圆筒式，而且其永磁体只布置在外转子上，所以该类联轴器应用 Halbach 阵列时主要采用环形向内侧聚磁结构，根据每极永磁体块数的不同可分为多种结构，包括90°（每极2段）、60°（每极3段）、45°（每极4 段）Halbach 阵列等。

所述的结构参数，外转子磁极对数为15对，调磁极片数量为22，内转子外半径为63mm，采用24槽（6×6mm2），内、外气隙厚度均为 1mm。有限元模型中材料属性定义如下：永磁体为 N35稀土钕铁硼材料，剩磁Br=1.21T，相对回复磁导率为1.05；内、外转子轭铁材料为 10 钢；鼠笼导条材料为铜，相对回复磁导率为1；调磁极片中硅钢片选用 DW315-50；内外气隙材料定义为空气。

所述的实验验证，作用是为了验证优化设计的有效性，磁力联轴器的主磁路走向为：磁体 N 极→外转子轭铁→磁体 S 极→外气隙→调磁极片→内气隙→内转子轭铁→绕过铜条→内气隙→调磁极片→外气隙→磁体 N 极；而当永磁体为 Halbach 阵列时外转子轭铁上的磁力线却十分稀疏，这是由于 Halbach 阵列中的非径向磁化磁体为磁力线提供了路径，此时磁力线主要从非径向磁化磁体通过而不是外转子轭铁，所以此时磁力联轴器的主磁路走向为：径向磁化磁体N极→非径向磁化磁体→径向磁化磁体S极→外气隙→调磁极片→内气隙→内转子轭铁→绕过铜条→内气隙→调磁极片→外气隙→径向磁化磁体N极。