摘"要：

針對(duì)溫度影響下盤式磁力耦合器調(diào)速問題，以一臺(tái)6對(duì)極16槽的開槽盤式磁力耦合器為研究對(duì)象，基于矢量磁位法，結(jié)合修正三維端部效應(yīng)的卡特系數(shù)并考慮溫度對(duì)永磁體剩磁的影響，依據(jù)磁力耦合器軸向介質(zhì)不同與導(dǎo)體盤軛鐵和銅導(dǎo)體交替排列的結(jié)構(gòu)， 推導(dǎo)出其整體的電磁轉(zhuǎn)矩公式。再分別建立恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、二次方率負(fù)載和恒功率負(fù)載工況下的調(diào)速關(guān)系解析模型。通過有限元模擬分析，確定了不同溫度、不同氣隙下的開槽盤式磁力耦合器在3種不同負(fù)載工況下的調(diào)速范圍與調(diào)速特性。最后，搭建試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行調(diào)速性能試驗(yàn)，將不同負(fù)載工況下磁力耦合器電磁轉(zhuǎn)矩與輸出轉(zhuǎn)速的理論、仿真、實(shí)驗(yàn)值三者進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明理論模型有較高的準(zhǔn)確性，為開槽型磁力耦合器在調(diào)速系統(tǒng)中的智能調(diào)控提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：盤式磁力耦合器；開槽型；矢量磁位；溫升影響；電磁轉(zhuǎn)矩；調(diào)速性能

DOI：10.15938/j.emc.2024.01.007

中圖分類號(hào)：TH133.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-449X（2024）01-0069-09

Speed regulation performance of slottedtype axialflux magnetic couplers under temperature influence

YANG Chaojun，"QI Yutang，"DING Yifei，"ZHANG Yiwen

（School of Mechanical Engineering， Jiangsu University， Zhenjiang 212013， China）

Abstract：

In order to solve the speed regulation problem of the axialflux magnetic coupler affected by temperature， a slottedtype magnetic coupler with 6 pairs of poles and 16 slots was taken as the research object. Based on the axial media of the magnetic coupler and the structure of the conductor disk yoke with alternating arrangement of iron and copper conductors， using the vector magnetic potential method， combined with the Carter coefficient of correcting the threedimensional end effect，taking the influence of temperature on the remanence of permanent magnets into consideration， the whole electromagnetic torque formula was derived. Then， the analytical models of speed regulation relationship under constant torque load， quadratic rate load and constant power load were established respectively. By using finite element simulation， the speed range and characteristics of the slottedtype magnetic coupler under different temperature and air gap were determined under three different load conditions. Finally， a test platform was built for speed regulation performance test， and the theoretical， simulation and experimental values of electromagnetic torque and output speed of magnetic coupler under different load conditions were compared. It is found that the theoretical model has high accuracy， and these studies provide a theoretical basis for intelligent control of slotted magnetic coupler in speed control system.

Keywords：axialflux magnetic coupler; slottedtype; vector magnetic potential; influence of temperature rise; electromagnetic torque; speed regulation performance

0"引"言

磁力耦合器是一種由電磁力驅(qū)動(dòng)，主從動(dòng)盤無需機(jī)械連接的傳動(dòng)裝置，相對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械連接方式，其具有節(jié)能環(huán)保、軟啟動(dòng)、耐腐蝕、無諧波污染等多種優(yōu)勢，因此在農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、船舶業(yè)等都有著較為廣泛的應(yīng)用[1-5]。

由于磁力耦合器的諸多優(yōu)點(diǎn)和廣泛應(yīng)用，許多國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究。2015年KyoungChul Min等[6]運(yùn)用二維極坐標(biāo)下的矢量磁位法，研究了不同充磁角度下的雙層Halbach磁力耦合器，通過分析其渦流損耗情況，為Halbach型磁力耦合器的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。2017年Thierry Lubin等[7]運(yùn)用了三維極坐標(biāo)下的標(biāo)量磁位法，對(duì)盤式磁力耦合器的機(jī)械特性及導(dǎo)體盤溫度對(duì)輸出轉(zhuǎn)矩的影響進(jìn)行了研究， 通過有限元及理論計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析，驗(yàn)證了該理論，有效地簡化磁力耦合器參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。2016年上海交通大學(xué)的代欣[8]運(yùn)用了柱坐標(biāo)系下的矢量磁位法分析了開槽盤式磁力耦合器，通過在銅導(dǎo)體盤的軛齒及銅導(dǎo)體的邊界上添加沿周向的邊界條件，使得理論與仿真結(jié)果得到了較高的一致性。2021年，江蘇大學(xué)楊超君等[9]針對(duì)盤式異步磁力耦合器的轉(zhuǎn)速調(diào)控問題，建立磁路計(jì)算模型，推導(dǎo)出電磁轉(zhuǎn)矩公式，分別建立恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、二次方率負(fù)載和恒功率負(fù)載工況下的調(diào)速關(guān)系解析模型，并結(jié)合有限元仿真及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。但上述文獻(xiàn)對(duì)磁力耦合器的研究通常忽略了永磁體在溫升后磁性下降的影響，實(shí)際上因工作溫度上升，永磁體磁性下降對(duì)耦合器轉(zhuǎn)矩的削弱是不可避免的，研究永磁體溫升的影響對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有著較大的指導(dǎo)作用。

本文以6對(duì)極開槽盤式磁力耦合器為研究對(duì)象，通過二維矢量磁位法并結(jié)合溫度對(duì)永磁體性能影響的關(guān)系式，推導(dǎo)考慮導(dǎo)體盤軛鐵的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式。并建立恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、二次方率負(fù)載和恒功率負(fù)載工況下的計(jì)算模型，再通過有限元模擬得到不同溫度、不同負(fù)載工況下磁力耦合器的調(diào)速范圍，最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論模型的準(zhǔn)確性。

1"電磁轉(zhuǎn)矩及調(diào)速關(guān)系

1.1"開槽盤式磁力耦合器結(jié)構(gòu)與調(diào)速機(jī)理

圖1為開槽盤式磁力耦合器的三維結(jié)構(gòu)示意圖，其由永磁體、鋁合金保持架、永磁體軛鐵盤、銅導(dǎo)體盤、銅導(dǎo)體軛鐵盤5部分組成，永磁體嵌于鋁合金保持架中并整體包絡(luò)在永磁體軛鐵內(nèi)構(gòu)成永磁轉(zhuǎn)子，銅導(dǎo)體盤上開槽并與銅導(dǎo)體軛鐵盤上的軛齒相結(jié)合構(gòu)成導(dǎo)體轉(zhuǎn)子。圖2為該耦合器的二維結(jié)構(gòu)示意圖，永磁轉(zhuǎn)子沿周向N、S極永磁體交替排布，相鄰磁極由鋁合金保持架隔開，導(dǎo)體轉(zhuǎn)子沿周向銅導(dǎo)體及軛齒交替排布，兩轉(zhuǎn)子軸向由氣隙隔開。

圖3為開槽盤式磁力耦合器工作原理圖，其工作原理為[10-11]：主動(dòng)轉(zhuǎn)子由電機(jī)拖動(dòng)，相對(duì)從動(dòng)轉(zhuǎn)子形成轉(zhuǎn)速差，磁場磁力線由永磁體垂直穿入導(dǎo)體轉(zhuǎn)子內(nèi)，基于電磁感應(yīng)原理在導(dǎo)體盤中形成感應(yīng)電流進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。

通過調(diào)整氣隙厚度可以對(duì)輸出轉(zhuǎn)速及輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，當(dāng)主動(dòng)轉(zhuǎn)子與從動(dòng)轉(zhuǎn)子靠近而之間的氣隙變小時(shí)，銅盤由于切割磁力線增加而使氣隙磁密隨之增加，相應(yīng)的磁力耦合器所傳遞的轉(zhuǎn)矩增大，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的平衡，這時(shí)就需要降低轉(zhuǎn)差率來提高輸出轉(zhuǎn)速以降低輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)而達(dá)到轉(zhuǎn)矩的平衡。當(dāng)主動(dòng)轉(zhuǎn)子與從動(dòng)轉(zhuǎn)子遠(yuǎn)離而之間的氣隙變大時(shí)，則情況相反。另外，在溫度升高的影響下，輸出轉(zhuǎn)矩也會(huì)有所降低，故研究溫度影響下磁力耦合器的調(diào)速特性是有必要的。磁力耦合器的相關(guān)參數(shù)見表1和表2。

1.2"理論推導(dǎo)

為簡化理論分析模型，依據(jù)磁力耦合器平均半徑處沿周向展開為二維層分析模型。運(yùn)用矢量磁位法進(jìn)行求解時(shí)，忽略磁力耦合器導(dǎo)體盤軛齒聚磁性所產(chǎn)生的影響，僅依據(jù)軸向介質(zhì)不同設(shè)立邊界方程。通過對(duì)1、3、5次諧波求和計(jì)算軸向磁通密度及電磁轉(zhuǎn)矩[12-14]。為便于計(jì)算，同時(shí)保證理論的準(zhǔn)確性做出如下假設(shè)：

1）耦合器的氣隙磁場僅由永磁體產(chǎn)生，忽略銅導(dǎo)體內(nèi)感應(yīng)渦流形成的感應(yīng)磁場對(duì)原磁場的削弱作用。

2）耦合器內(nèi)的永磁體沿軸向充磁且各區(qū)域介質(zhì)為線性介質(zhì)，不隨外部條件改變而改變。

3）耦合器內(nèi)各導(dǎo)磁材料無磁飽和效應(yīng)。

圖4為開槽盤式磁力耦合器的二維層分析模型圖，其中原點(diǎn)設(shè)在某一銅導(dǎo)體區(qū)的右下角，x軸指向?qū)w盤周向方向，y軸指向?qū)w盤軸向方向，z軸指向?qū)w盤徑向方向。除永磁體軛鐵盤及銅盤軛鐵盤外的真空區(qū)外，依據(jù)軸向介質(zhì)的不同將耦合器劃分為區(qū)域1～區(qū)域5，藉此沿軸向區(qū)域劃分可得到邊界1～邊界6，進(jìn)而設(shè)立邊界方程并求解矢量磁位[15-18]。其中區(qū)域2沿周向可分為軛齒區(qū)及銅導(dǎo)體區(qū)，區(qū)域4沿周向可分為永磁體區(qū)及鋁合金保持架區(qū)。

在任一磁場空間中的磁感應(yīng)強(qiáng)度可表示為[15]

式中：αBr為永磁體的剩磁溫度系數(shù)，釹鐵硼材料系數(shù)為-0.126%℃k-1；Br0為永磁體在常溫下的剩磁；t為永磁體溫度；t0為室溫。

依據(jù)各區(qū)域中磁化強(qiáng)度與感應(yīng)電流的存在情況，結(jié)合式（17）得到各區(qū)域的矢量磁位方程。再依據(jù)二維層模型除氣隙外的各區(qū)域的分界面，即邊界2～邊界5處磁通密度滿足法向分量連續(xù)，磁場強(qiáng)度滿足切向分量連續(xù)，邊界1及邊界6滿足軸向磁場強(qiáng)度為0，則可確定邊界條件[20]：

式中：A～1zn為區(qū)域1軛鐵的矢量磁位復(fù)振幅；A～2zn（Cu）為區(qū)域2銅導(dǎo)體的矢量磁位復(fù)振幅；A～2zn（cog）為區(qū)域2軛齒的矢量磁位復(fù)振幅；A～3zn為區(qū)域3氣隙的矢量磁位復(fù)振幅；A～4zn為區(qū)域4永磁體的矢量磁位復(fù)振幅；A～5zn為區(qū)域5軛鐵的矢量磁位復(fù)振幅；μyoke為軛鐵磁導(dǎo)率；σyoke為軛鐵的電導(dǎo)率；σCu為銅的電導(dǎo)率；μ4x為永磁體等效磁導(dǎo)率；μ4r為永磁體相對(duì)磁導(dǎo)率。

運(yùn)用MATLAB求解則可求出各區(qū)域的矢量磁位。本文研究的磁力耦合器導(dǎo)體轉(zhuǎn)子為16開槽鼠籠盤，永磁轉(zhuǎn)子為6對(duì)極永磁體，由于轉(zhuǎn)矩來源于銅導(dǎo)體及其軛鐵兩部分，依據(jù)導(dǎo)體轉(zhuǎn)子沿軸向軛齒區(qū)與銅導(dǎo)體區(qū)交替排布的性質(zhì)，可以將電磁轉(zhuǎn)矩分為兩部分計(jì)算。

1）對(duì)于單個(gè)軛齒區(qū)所對(duì)應(yīng)的軸向區(qū)域產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為

式中：q∈[1，2，…，k]為耦合器二維展開模型中從左至右第q個(gè)軛齒；θ1為軛齒區(qū)對(duì)應(yīng)的圓周角度；θ2為銅導(dǎo)體區(qū)對(duì)應(yīng)的圓周角度；wcog為軛齒的徑向厚度；y1為邊界1處的縱坐標(biāo)值；y3為邊界3處的縱坐標(biāo)值。

由此，所有軛齒區(qū)所對(duì)應(yīng)的軸向區(qū)域產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為

2）對(duì)于單個(gè)導(dǎo)體區(qū)所對(duì)應(yīng)的軸向區(qū)域產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為

故所有銅導(dǎo)體區(qū)所對(duì)應(yīng)的軸向區(qū)域產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為

2"調(diào)速特性仿真分析

2.1"有限元模型建立

為了得到開槽盤式磁力耦合器的電磁轉(zhuǎn)矩及調(diào)速關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，在有限元軟件的電磁學(xué)模塊中建立三維模型，其中永磁體為6對(duì)極且沿軸向充磁，其相關(guān)材料及結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1與表2所示。模型建立后，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分及求解設(shè)置，如圖5所示。

2.2"調(diào)速特性仿真分析

將式（33）～式（35）中負(fù)載轉(zhuǎn)矩方程所對(duì)應(yīng)的函數(shù)曲線結(jié)合仿真所得的機(jī)械特性曲線可得到如圖6所示的調(diào)速特性圖，其中nc為磁力耦合器最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)的輸出轉(zhuǎn)速，即臨界轉(zhuǎn)速，依照n=nc可將該圖分為上下兩部分。n=nc以下為啟動(dòng)過程，n=nc以上為穩(wěn)定運(yùn)行過程，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩曲線與機(jī)械特性曲線的交點(diǎn)為該負(fù)載工況下的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。

為使耦合器能夠穩(wěn)定運(yùn)行，需滿足機(jī)械特性曲線的斜率小于負(fù)載曲線在該點(diǎn)的斜率，故進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩與恒功率負(fù)載調(diào)速范圍分析時(shí)，僅取n=nc以上部分；而進(jìn)行二次方率負(fù)載調(diào)速分析時(shí)，則可取全部的調(diào)速范圍。將耦合器在3種負(fù)載下所能取得最大調(diào)速范圍的值稱為臨界轉(zhuǎn)矩（Tc）、臨界系數(shù)（kc）與臨界功率（Pc），則Tc、Pc分別為耦合器大氣隙取臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩與輸出功率，kc為耦合器小氣隙取臨界轉(zhuǎn)速時(shí)的二次方率系數(shù)，類似地將耦合器在調(diào)速范圍內(nèi)可取得的最大值稱為最大轉(zhuǎn)矩（Tmax）與最大功率（Pmax）。

為研究永磁體溫度上升對(duì)耦合器性能的影響，結(jié)合式（15）及式（16）與表1中相關(guān)永磁體溫度參數(shù)可得到不同溫度下耦合器的調(diào)速范圍。由于在磁力耦合器實(shí)際應(yīng)用中，一方面出于安全因素和制造與安裝要求，氣隙厚度不宜過小，且當(dāng)氣隙厚度過大時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩過小無實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。另一方面當(dāng)永磁體溫度高于最高工作溫度時(shí)會(huì)急劇退磁，故做出以下兩點(diǎn)假設(shè)：

1）磁力耦合器的工作氣隙厚度為4～10 mm；

2）磁力耦合器的最高工作溫度為100 ℃，且在該工作溫度內(nèi)，永磁體均勻退磁。

2.2.1"恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下的調(diào)速性能分析

以調(diào)速特性的外側(cè)曲線為基準(zhǔn)，可得到不同溫度時(shí)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下耦合器的調(diào)速范圍曲線如圖7所示。可知，隨著溫度的增加，永磁體磁性下降，但磁力耦合器的調(diào)速范圍變化均呈現(xiàn)先變大后逐漸變小的趨勢，且下降區(qū)間約為上升區(qū)間的兩倍。由于溫度的升高，耦合器所能承載的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載范圍由75.14 N·m下降至63.65 N·m，且在相同的轉(zhuǎn)速差下耦合器的轉(zhuǎn)矩逐漸下降，故而耦合器的調(diào)速范圍曲線呈現(xiàn)近似整體偏移的趨勢。但不同溫度下磁力耦合器最大調(diào)速范圍近似不變，約為0～195 r/min。此外在臨界轉(zhuǎn)矩與最大轉(zhuǎn)矩附近，相同的溫度差下，隨著溫度的升高，耦合器調(diào)速范圍的差值隨著恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的增大而增大。由此可知，隨著工作轉(zhuǎn)矩逐漸逼近臨界轉(zhuǎn)矩與最大轉(zhuǎn)矩，永磁體溫升對(duì)耦合器的調(diào)速范圍影響越來越大。

2.2.2"二次方率負(fù)載下的調(diào)速性能分析

圖8為不同溫度時(shí)二次方率負(fù)載下耦合器的調(diào)速范圍曲線，不同溫度時(shí)二次方率負(fù)載下的調(diào)速曲線均呈現(xiàn)先迅速增大后緩慢減小的趨勢。不同溫度下臨界系數(shù)kc不同，且溫度越高，該系數(shù)越小。當(dāng)永磁體溫度由20 ℃上升至100 ℃時(shí)，臨界系數(shù)則從7×10-5下降至6×10-5附近。當(dāng)二次方率系數(shù)小于臨界系數(shù)時(shí)，溫度越高則調(diào)速范圍越大，反之則調(diào)速范圍越小，且在臨界系數(shù)附近時(shí)，溫度對(duì)調(diào)速范圍的影響越大。此外，當(dāng)二次方率系數(shù)大到一定值時(shí)，繼續(xù)增大系數(shù)對(duì)耦合器的調(diào)速范圍影響較小。

2.2.3"恒功率負(fù)載下的調(diào)速性能分析

圖9為不同溫度時(shí)二次方率負(fù)載下耦合器的調(diào)速范圍曲線，在恒功率負(fù)載下，不同永磁體溫度的耦合器調(diào)速曲線近似相同，隨著永磁體的溫度從20 ℃上升至100 ℃，恒功率負(fù)載下耦合器的最大調(diào)速范圍從0～193 r/min下降至0～180 r/min。此外，溫度越高，則耦合器的臨界功率越低。據(jù)此可近似認(rèn)為，在小于臨界功率時(shí)，溫度越高調(diào)速范圍越大；而大于臨界功率時(shí)，溫度越低則調(diào)速范圍越大。進(jìn)一步觀察可知，當(dāng)耦合器的功率靠近臨界點(diǎn)與最大點(diǎn)時(shí)，耦合器調(diào)速范圍的變化越大。

3"實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3.1"試驗(yàn)裝置

圖10為磁力耦合器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其主要由控制平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)成，控制平臺(tái)可通過PID對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)遠(yuǎn)程控制，設(shè)定輸入轉(zhuǎn)速為1 200 r/min，氣隙厚度為4～10 mm，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速差、輸入轉(zhuǎn)矩等值，并可實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)反饋。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由三相異步驅(qū)動(dòng)電機(jī)、三相異步負(fù)載電機(jī)、導(dǎo)體轉(zhuǎn)子、永磁體轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器組成。

3.2"實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

圖11為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載15 N·m時(shí)輸出轉(zhuǎn)速隨氣隙變化的曲線。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)氣隙厚度由4 mm增加到10 mm時(shí)，輸入轉(zhuǎn)速一定時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速由1 177.3 r/min下降至1 135.5 r/min。此外，隨著氣隙厚度的增大，當(dāng)氣隙厚度的增量一定時(shí)，若要達(dá)到相同的輸出轉(zhuǎn)矩，則需要的轉(zhuǎn)速差增量越大，且當(dāng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載較小時(shí)，仿真、實(shí)驗(yàn)、理論值三者之間誤差較小。

圖12為輸出轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩隨氣隙變化的曲線。當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速一定時(shí)，當(dāng)氣隙厚度由4 mm增加到10 mm時(shí)，仿真、實(shí)驗(yàn)、理論值三者的變化趨勢近似一致，輸出轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩皆近似呈線性變化，輸出轉(zhuǎn)速的降幅為35.7 r/min，輸出轉(zhuǎn)矩的降幅為0.78 N·m，可見相同二次方率系數(shù)下，隨著氣隙厚度的增加，輸出轉(zhuǎn)速較輸出轉(zhuǎn)矩的降幅更大，且實(shí)測的二次方率系數(shù)均在目標(biāo)系數(shù)較小范圍內(nèi)上下波動(dòng)?？梢娫诙畏铰守?fù)載系數(shù)較小時(shí)，理論計(jì)算的結(jié)果較為準(zhǔn)確。

圖13為輸出轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩隨氣隙變化的曲線。當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速保持1 200 r/min，氣隙厚度由4 mm增加到10 mm時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速由1 184.1 r/min下降至1 145.2 r/min，與二次方率負(fù)載不同，隨著氣隙厚度的增大，輸出轉(zhuǎn)矩由12.92 N·m上升至13.33 N·m。由此，耦合器在恒功率負(fù)載下且功率較小時(shí)，輸出轉(zhuǎn)速較輸出轉(zhuǎn)矩受氣隙厚度影響更大。該理論在恒功率負(fù)載較小的情況適用性較好。

4"結(jié)"論

1）通過將開槽盤式磁力耦合器沿周向展開建立二維層分析模型，考慮了溫度對(duì)永磁體剩磁變化的影響，依據(jù)磁力耦合器軸向介質(zhì)不同與導(dǎo)體盤軛鐵和銅導(dǎo)體交替排列的結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)出其整體的轉(zhuǎn)矩公式。

2）在正常工作溫度范圍內(nèi)，永磁體溫度升高對(duì)耦合器調(diào)速曲線的臨界值和最大值附近影響最大；恒轉(zhuǎn)矩、恒功率、二次方率負(fù)載下耦合器的調(diào)速特性曲線中，調(diào)速范圍均呈現(xiàn)先變大后減小，其中恒轉(zhuǎn)矩與恒功率負(fù)載的調(diào)速曲線較為相似，二次方率負(fù)載所能取得的調(diào)速范圍最大，且調(diào)速范圍隨系數(shù)的變大其調(diào)速范圍逐漸平穩(wěn)。

3）在實(shí)際應(yīng)用實(shí)踐中，溫度對(duì)磁力耦合器性能的影響是由導(dǎo)體盤和永磁體盤復(fù)合作用導(dǎo)致的復(fù)雜情況，為簡化分析，本文僅考慮溫度對(duì)永磁體磁性能這一單值的影響，為貼合實(shí)際，后續(xù)可結(jié)合導(dǎo)熱方程對(duì)耦合器的主從動(dòng)盤的溫度傳導(dǎo)進(jìn)一步完善理論。

4）試驗(yàn)測得磁力耦合器不同負(fù)載工況下，輸出轉(zhuǎn)矩和輸出轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)值與模擬值、計(jì)算值在較大氣隙與較小轉(zhuǎn)速差下具有很好的一致性，為進(jìn)一步完善磁力耦合器傳動(dòng)性能研究提供新的參考。

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（編輯：邱赫男）

收稿日期： 2023-05-15

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（51875254）

作者簡介：楊超君（1965—），女，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榇帕C(jī)械及激光加工技術(shù)；

戚玉堂（2000—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榇帕鲃?dòng)；

丁逸飛（1997—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榇帕鲃?dòng)；

張意雯（1999—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)榇帕鲃?dòng)。

通信作者：楊超君