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永磁涡流调速器传动性能分析与正交实验优化

程刚 郭永存 胡坤 王鹏彧

程刚, 郭永存, 胡坤, 王鹏彧. 永磁涡流调速器传动性能分析与正交实验优化[J]. 机械科学与技术, 2018, 37(12): 1948-1955. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180085
引用本文: 程刚, 郭永存, 胡坤, 王鹏彧. 永磁涡流调速器传动性能分析与正交实验优化[J]. 机械科学与技术, 2018, 37(12): 1948-1955. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180085
Cheng Gang, Guo Yongcun, Hu Kun, Wang Pengyu. Transmission Characteristics Analysis and Orthogonal Experimental Optimization of Permanent Magnet Eddy Current Coupling[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2018, 37(12): 1948-1955. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180085
Citation: Cheng Gang, Guo Yongcun, Hu Kun, Wang Pengyu. Transmission Characteristics Analysis and Orthogonal Experimental Optimization of Permanent Magnet Eddy Current Coupling[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2018, 37(12): 1948-1955. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180085

永磁涡流调速器传动性能分析与正交实验优化

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180085
基金项目: 

教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目(博导类) 20133415110003

安徽高校自然科学重点研究项目 KJ2017A083

详细信息
    作者简介:

    程刚(1986-), 讲师, 博士研究生, 研究方向为磁力机械设计与光机电一体化工程, gang740@126.com

  • 中图分类号: TH133

Transmission Characteristics Analysis and Orthogonal Experimental Optimization of Permanent Magnet Eddy Current Coupling

  • 摘要: 以一台双盘式永磁涡流调速器为研究对象,理解了永磁涡流驱动机理,建立了三维瞬态磁场有限元模型。仿真结果表明:导体盘上三维磁密集中区域形状与永磁盘中永磁体形状几乎相同,磁密集中区域数目与永磁体极数相同;轭铁区域内的三维磁场分布为辐射带形状,磁密值高低区域相邻布局,导体盘上产生了与永磁体数目相等的涡流回路,相邻涡流区域涡流方向相反,中间部分涡流密度较低,相邻涡流回路交界处即正对应于永磁体处的涡流密度最高,平均转矩与转差呈现递增规律,两者之间线性数学关系非常显著。运用正交实验方法研究表明:在实验约束条件下因素主次顺序依次为磁极数、永磁体宽、永磁体长、永磁体厚,确定了永磁涡流调速器关于永磁体的最佳参数方案。结果表明:较原结构平均转矩提高了14.2%,转矩密度提高了18.0%,永磁体材料减少了3.2%。
  • 图  1  永磁涡流调速器系统装置与结构

    图  2  永磁涡流调速器驱动机理示意图

    图  3  永磁涡流调速器导体盘三维网格划分

    图  4  永磁涡流调速器导体盘与铁磁盘三维磁密分布(0.05 s)

    图  5  永磁涡流调速器导体盘三维电流密度分布(0.05 s)

    图  6  永磁涡流调速器单盘转矩随时间变化

    图  7  转矩与转差线性拟合曲线

    图  8  永磁涡流调速器单盘转矩转波动系数

    图  9  试验台整体系统

    图  10  永磁涡流调速器永磁体布置图

    图  11  效应曲线图

    表  1  仿真结果与实验结果比较(折合成单盘数据)

    转差Δn/
    (r·min-1)
    5 10 15 20 25 30
    仿真值/
    (N·m)
    18.9 37.5 54.4 70.9 86.9 102.0
    实验值
    /(N·m)
    17.8 36.2 52.3 66.5 83.3 96.8
    结果误差/% 6.2 3.6 4.0 6.6 4.3 5.4
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    表  2  因素-水平表

    水平 永磁体长
    A/mm
    永磁体宽
    B/mm
    永磁体厚
    C/mm
    磁极数
    D/极
    1 70 35 28 8
    2 76 38 32 10
    3 82 41 36 12
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    表  3  正交实验方案与仿真结果

    试验编号 正交实验方案 仿真结果
    A/mm B/mm C/mm D(极) 转矩密度/(kN·m-2)
    1 70 35 28 8 109.2
    2 70 38 32 10 110.3
    3 70 41 36 12 101.8
    4 76 35 32 12 109.1
    5 76 38 36 8 91.2
    6 76 41 28 10 81.0
    7 82 35 36 10 94.0
    8 82 38 28 12 122.0
    9 82 41 32 8 99.6
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    表  4  正交实验极差分析

    分析指标 A B C D
    K1 321.3 312.3 312.0 300.0
    K2 281.4 323.4 318.9 285.3
    K3 316.6 282.3 287.1 332.7
    k1 107.1 104.1 104.0 100.0
    k2 93.8 107.8 106.3 95.1
    k3 105.2 94.1 95.7 110.9
    R 13.3 13.7 10.7 15.8
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    表  5  验证试验结果与对比

    试验 参数条件 平均转矩/(N·m) 永磁体体积/mm3 转矩密度/(kN·m-2)
    1 A1B2C1D3 116.5 893 760 130.3
    2 A2B2C2D2 102.0 924 160 110.4
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2017-10-24
  • 刊出日期:  2018-12-05

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