一种自吸装配式永磁联轴器及转矩特性表征方法技术

本发明专利技术属于永磁传动技术领域，公开了一种自吸装配式永磁联轴器及转矩特性表征方法。该方法提出了一种自吸装配式永磁联轴器结构，该结构通过楔形槽以及梯形磁体化简了一般永磁联轴器对于永磁体装配环节的步骤，并且通过磁体自吸作用实现磁体快速高效装配；同时本发明专利技术提出的联轴器转矩计算方法摆脱了对于传统有限元法的依赖性，快速地计算了永磁联轴器内外转子的转矩大小，大大提高了永磁联轴器转矩计算速度。该方法在实际对于永磁联轴器的研究与应用中具有简单便捷的优点，同时满足其他尺寸结构的永磁联轴器，是一种具有工程普适性的计算方法。算方法。算方法。

【技术实现步骤摘要】
一种自吸装配式永磁联轴器及转矩特性表征方法


[0001]本专利技术属于永磁传动
，涉及一种自吸装配式永磁联轴器及转矩特性表征方法。

技术介绍

[0002]重载皮带运输机、大型燃气轮机、水下深潜器等是我国重大工程领域内的关键装备。传动系统是重大工程装备运行的核心环节，对输入侧到输出侧的动力稳定传递至关重要。现有传动系统主要依赖于机械联轴器、液力耦合器、可控启动装置等接触式传动技术，在对中精度、维护成本、使用寿命、环境适应性等方面存在诸多问题，且无法解决隔绝输入电机端到输出负载端的振动。永磁联轴器作为一种新型传动技术，无机械联接，消除了电机端与负载端的机械联接，具有无机械摩擦、维护成本低、拆装方便、节能效果好、稳定性好等优势，完全隔断了电机端到负载端的有害振动，并且可以允许转轴之间存在较大的安装对中误差，为重大工程装备传动系统提供了一种创新型思路。然而，目前永磁联轴器普遍存在整体结构复杂，装配步骤繁琐，第三代永磁体钕铁硼由于其高磁能积导致磁体安装尤为困难。并且，在研究永磁联轴器转矩特性过程中，对于永磁联轴器转矩大小的计算还主要依赖于有限元仿真手段，若希望通过有限元计算得到较为准确的转矩结果，需要在仿真建模过程中添加大量环境参数并将模型网格划分较细，其计算过程将会十分复杂且漫长或根本无法计算；若简化有限元计算参数，其计算精度就无法得到保证。因此，设计一种结构简单，磁体装配简易高精高效的永磁联轴器以及联轴器转矩计算方法能为永磁联轴器的研究设计提供重要理论支撑。
[0003]针对同步永磁联轴器结构设计，程华、郑锦添在专利“一种同步永磁联轴器结构”(CN 216599374 U)中通过定位锥套的设置，提升内外转子同轴度，减小转子部件间装配时发生的偏移。然而，该永磁联轴器结构的锥形结构对加工精度具有较高要求，且没有考虑到永磁体装配结构复杂的问题。因此提供一种便于装配的永磁联轴器结构对于永磁联轴器研究具有重大意义。针对轴向永磁联轴器传递转矩的计算方法，湖南大学的肖罗鹏于2021年在其硕士学位论文《轴向永磁联轴器的转矩特性分析与优化》中根据Maxwell张量法推导出一种用于计算轴向永磁联轴器转矩的计算方法，并且考虑联轴器存在的端部效应，提出了考虑不同半径处的气隙磁密分布情况的转矩计算公式，并且为保证计算结果更加准确，提出了转矩等分分段计算方法。然而，当分段段数较少时，计算结果误差较大，而当增加分段段数时，计算量会更大，文中提出的计算方法难以兼顾分段段数与计算量大小。因此提供一种永磁联轴器最大转矩的高精高效计算方法十分必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了弥补现有技术的缺陷，专利技术了一种自吸装配式永磁联轴器。其目的是通过一种楔形槽与梯形磁体，达到对于磁体的限位目的，并且通过磁体自吸作用实现磁体快速高效装配。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种自吸装配式永磁联轴器，首先，通过一种楔形槽与梯形磁体，通过对磁体的限位以及磁体自吸作用实现永磁联轴器磁体的快速装配，其次，本专利技术采用的结构仅由内外转子背铁以及内外转子背铁盘、内外转子背铁圈与永磁体构成，基于市面上一般的永磁联轴器采用辐条固定磁体，本专利技术在永磁联轴器装配过程中更加简易快速。
[0007]一种自吸装配式永磁联轴器包括内转子背铁盘1、内转子梯形磁体3、内转子背铁5、内转子背铁圈7、外转子背铁圈9、外转子梯形磁体10、外转子背铁12和外转子背铁盘15；
[0008]所述内转子梯形磁体3插进内转子背铁5的梯形槽中、外转子梯形磁体10插入外转子背铁12的梯形槽中，内转子背铁盘1通过螺钉穿过其上的内转子背铁盘通孔2与内转子背铁5上的内转子背铁螺纹通孔4安装在内转子背铁5一侧，内转子背铁圈7通过沉头螺钉穿过其上的内转子背铁圈沉头通孔6与内转子背铁5上的内转子背铁螺纹通孔4安装在内转子背铁5另一侧，外转子背铁圈9通过沉头螺钉穿过其上的外转子沉头通孔8与外转子背铁12上的外转子背铁螺纹通孔11安装在外转子背铁12一侧，外转子背铁盘15通过螺钉穿过其上的外转子背铁盘外圈通孔13与外转子背铁12上的外转子背铁螺纹通孔11安装在外转子背铁12另一侧，外转子背铁盘15通过沉头螺钉穿过外转子背铁盘内圈沉头通孔14连接动力输入端轴系。
[0009]一种自吸装配式永磁联轴器的转矩特性表征方法，基于自吸装配式永磁联轴器磁对阵列分布规律，结合单对磁极相互作用力数值计算方法，通过线性叠加单对磁极相互作用力，将解析模型与数值计算相结合，对永磁联轴器的转矩进行计算；该计算方法具体步骤如下：
[0010]第一步、确定永磁联轴器的关键参数
[0011]首先确定永磁联轴器的关键参数：永磁联轴器的内转子背铁5的外径r1、永磁联轴器的外转子背铁12的内径r2、内外转子相对转动角度θ、内转子梯形磁体3的磁极对数k、外转子梯形磁体10工作表面宽a1、长b1，内转子梯形磁体3工作表面宽a2、长b2，内转子梯形磁体3剩余磁化强度Br1、外转子梯形磁体10剩余磁化强度Br2；
[0012]第二步、计算出永磁联轴器内外转子一对磁体间沿切向的相互作用力
[0013]首先，计算出永磁联轴器内转子与外转子间气隙大小z0为：
[0014]z0＝r2‑
r1ꢀꢀ
(1)
[0015]以永磁联轴器内外转子圆心为原点o，水平方向为x方向，竖直方向为y方向，建立二维笛卡尔坐标系x
‑
o
‑
y；以外转子梯形磁体10工作表面中心为原点o1，沿永磁联轴器轴向为x1方向，永磁联轴器切向为y1方向，建立二维笛卡尔坐标系x1‑
o1‑
y1；以内转子梯形磁体3工作表面中心为原点o2，沿永磁联轴器轴向为x2方向，永磁联轴器切向为y2方向，建立二维笛卡尔坐标系x2‑
o2‑
y2；计算永磁联轴器内外转子一对磁体在x方向上的偏移量e
y
，其计算公式为：
[0016]e
y
＝r1·
sinθ
ꢀꢀ
(2)
[0017]进一步计算内外转子一对磁体在xy平面内相对位置矢量n
12
：
[0018]n
12
＝e
y
+y1+y2ꢀꢀ
(3)
[0019]其中，y1、y2分别为矢量n
12
在外、内转子上梯形磁体工作表面上所处相应坐标系内的纵坐标；
[0020]内外转子一对磁体在xy平面内相对位置标量|n
12
|为：
[0021][0022]其中，x1、x2分别为矢量n
12
在外、内转子上梯形磁体工作表面上所处相应坐标系内的横坐标；
[0023]所以内外转子一对磁体上微元组分间的相互作用力dF
12
为：
[0024][0025]其中，dy1、dy2分别为外、内转子上梯形磁体工作表面上磁荷单元所处相应坐标系内的纵坐标，dx1、dx2分别为外、内转子上梯形磁体工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自吸装配式永磁联轴器，其特征在于，该自吸装配式永磁联轴器包括内转子背铁盘(1)、内转子梯形磁体(3)、内转子背铁(5)、内转子背铁圈(7)、外转子背铁圈(9)、外转子梯形磁体(10)、外转子背铁(12)和外转子背铁盘(15)；所述内转子梯形磁体(3)插进内转子背铁(5)的梯形槽中、外转子梯形磁体(10)插入外转子背铁(12)的梯形槽中，内转子背铁盘(1)通过螺钉穿过其上的内转子背铁盘通孔(2)与内转子背铁(5)上的内转子背铁螺纹通孔(4)安装在内转子背铁(5)一侧，内转子背铁圈(7)通过沉头螺钉穿过其上的内转子背铁圈沉头通孔(6)与内转子背铁(5)上的内转子背铁螺纹通孔(4)安装在内转子背铁(5)另一侧，外转子背铁圈(9)通过沉头螺钉穿过其上的外转子沉头通孔(8)与外转子背铁(12)上的外转子背铁螺纹通孔(11)安装在外转子背铁(12)一侧，外转子背铁盘(15)通过螺钉穿过其上的外转子背铁盘外圈通孔(13)与外转子背铁(12)上的外转子背铁螺纹通孔(11)安装在外转子背铁(12)另一侧，外转子背铁盘(15)通过沉头螺钉穿过外转子背铁盘内圈沉头通孔(14)连接动力输入端轴系。2.一种自吸装配式永磁联轴器的转矩特性表征方法，其特征在于，基于自吸装配式永磁联轴器磁对阵列分布规律，结合单对磁极相互作用力数值计算方法，通过线性叠加单对磁极相互作用力，将解析模型与数值计算相结合，对永磁联轴器的转矩进行计算；该计算方法具体步骤如下：第一步、确定永磁联轴器的关键参数首先确定永磁联轴器的关键参数：永磁联轴器的内转子背铁(5)的外径r1、永磁联轴器的外转子背铁(12)的内径r2、内外转子相对转动角度θ、内转子梯形磁体(3)的磁极对数k、外转子梯形磁体(10)工作表面宽a1、长b1，内转子梯形磁体(3)工作表面宽a2、长b2，内转子梯形磁体(3)剩余磁化强度Br1、外转子梯形磁体(10)剩余磁化强度Br2；第二步、计算出永磁联轴器内外转子一对磁体间沿切向的相互作用力首先，计算出永磁联轴器内转子与外转子间气隙大小z0为：z0＝r2‑
r1ꢀꢀ
(1)以永磁联轴器内外转子圆心为原点o，水平方向为x方向，竖直方向为y方向，建立二维笛卡尔坐标系x
‑
o
‑
y；以外转子梯形磁体(10)工作表面中心为原点o1，沿永磁联轴器轴向为x1方向，永磁联轴器切向为y1方向，建立二维笛卡尔坐标系x1‑
o1‑
y1；以内转子梯形磁体(3)工作表面中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洋，张嘉睿，罗唯奇，乔如萱，何涛，周孟德，程习康，刘巍，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：