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磁力耦合式直線驅(qū)動(dòng)裝置的建模與優(yōu)化

2023-04-29 00:44:03趙海寧趙川張鵬飛金俊杰孫鳳于慎波王振宇
關(guān)鍵詞:磁力永磁體氣隙

趙海寧 趙川 張鵬飛 金俊杰 孫鳳 于慎波 王振宇

摘 要:針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)難以完成密封環(huán)境中的驅(qū)動(dòng)任務(wù),提出了一種非接觸式磁力耦合直線驅(qū)動(dòng)裝置,分析了不同優(yōu)化方案的磁力特性.采用等效磁路法分別建立了水平驅(qū)動(dòng)力和法向干擾力的解析模型,通過(guò)有限元瞬態(tài)仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)量對(duì)理論計(jì)算模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證,應(yīng)用該解析模型對(duì)不同優(yōu)化方案的磁力特性進(jìn)行對(duì)比分析.結(jié)果表明,所建立的解析模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差較小,采用徑向磁化圓柱形永磁體的雙輪驅(qū)動(dòng)方案最大驅(qū)動(dòng)力提高近2倍,并消除了法向干擾力,在一定負(fù)載工況下可實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行.

關(guān) 鍵 詞:磁力耦合;直線驅(qū)動(dòng);磁力解析;特性分析;建模;有限元分析;磁力測(cè)試;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào):TM3594 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1000-1646(2023)02-0180-07

傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)主要分為摩擦傳動(dòng)與嚙合傳動(dòng)兩種類(lèi)型,主動(dòng)件與從動(dòng)件接觸是完成機(jī)械傳動(dòng)的前提[1].磁力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可消除接觸摩擦、無(wú)需潤(rùn)滑,可避免二次粉塵的產(chǎn)生,實(shí)現(xiàn)分離式傳動(dòng),近年來(lái)在化工機(jī)械、食品機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械等領(lǐng)域都有迫切的應(yīng)用需求.因此,磁力驅(qū)動(dòng)裝置的開(kāi)發(fā)應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)高潔凈環(huán)境和真空密封條件下的驅(qū)動(dòng),具有十分重要的意義[2-3].

磁力驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、磁場(chǎng)建模和傳動(dòng)性能分析是當(dāng)前研究的重點(diǎn)[4-6].Atallah等[7-8]提出永磁齒輪的拓?fù)鋬?yōu)化方案,分析了永磁體數(shù)量、調(diào)磁環(huán)數(shù)量對(duì)速比和磁通密度的影響.為了增強(qiáng)氣隙磁通密度并提高轉(zhuǎn)矩密度,吳鵬和張進(jìn)等[9-10]分別提出一種雙調(diào)制結(jié)構(gòu)的同軸式磁齒輪結(jié)構(gòu),分析了輔助磁通調(diào)制對(duì)轉(zhuǎn)矩能力增強(qiáng)特性的作用.Mafi和Jenney等[11-12]設(shè)計(jì)了基于Halbach陣列結(jié)構(gòu)的永磁齒輪,利用單邊磁通增強(qiáng)的特性增大轉(zhuǎn)矩密度,同時(shí)降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和調(diào)制器的損耗,但采用鐵質(zhì)調(diào)磁環(huán)的磁齒輪在高速傳動(dòng)應(yīng)用中受到限制,且由于內(nèi)外轉(zhuǎn)子上均安裝有永磁體,氣隙磁場(chǎng)的諧波含量較高.黃金霖等[13]提出一種由永磁調(diào)磁塊、內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體和外轉(zhuǎn)子鐵心等組成的永磁齒輪結(jié)構(gòu),并采用多目標(biāo)優(yōu)化方法對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì).楊超君等[14]提出一種可調(diào)速異步盤(pán)式磁力聯(lián)軸器,通過(guò)調(diào)節(jié)主、從動(dòng)盤(pán)間的氣隙長(zhǎng)度改變磁力,從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié),并對(duì)轉(zhuǎn)差率與傳動(dòng)效率間的關(guān)系進(jìn)行了研究,可實(shí)現(xiàn)一定負(fù)載下高效運(yùn)行.盤(pán)式聯(lián)軸器在軸向會(huì)受到磁場(chǎng)力影響,因此需安裝軸承以提供軸向支撐.田杰等[15]設(shè)計(jì)了一種混合式永磁聯(lián)軸器,建立傳遞轉(zhuǎn)矩模型,分析了磁極數(shù)、氣隙大小及磁體厚度等主要參數(shù)對(duì)傳動(dòng)性能的影響.包廣清等[16]將磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),基于電動(dòng)機(jī)和磁齒輪有限元模型的聯(lián)合動(dòng)態(tài)仿真,試制了磁齒輪樣機(jī).

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