永磁调速工况演示装置设计【字数：15767】
永磁调速器是根据永磁传动技术实现无接触传递扭矩或力的同时，实现调速和节能的一种新型调速装置。近年来，随着永磁技术的革新，人们已经开始在电力、石油、矿山、钢铁、化工等行业的电机系统中开始运用。合理的设计和研究永磁调速装置，不仅可以提高传动装置的传动效率，降低不必要的损失，还能增加设备的平稳性，进而提高经济效益。本文首先通过对两种结构的永磁调速器各方面性能参数的对比，最后选择了一种筒式结构的永磁调速器。然后再通过估算负载以及所控制的方式，选出了适合本设计的步进电机，将其用于导体转子的驱动。根据原本的设计目的选择了合适的永磁体材料和输出轴，作为测试本设计是否成功运行的元件。最后，再根据所选择的输出轴进行强度校核。经过一系列的设计，再利用电机、导体转子、永磁体转子、输出轴等元件组装搭建永磁转动结构部分，最后完成零件图、装配图和三维模型图的绘制并进行运动仿真，最终实现永磁调速工况演示装置的设计制作。通过对此永磁调速工况演示装置的设计以及相关性能的分析研究，体现出永磁驱动技术相较传统传动技术的优越性，对永磁驱动技术未来的发展有着十分重要的意义。
目 录
1.绪论1
1.1本设计的研究背景和研究内容1
1.1.1研究背景2
1.1.2永磁调速器基本结构3
1.1.3永磁调速器磁路基本原理4
1.2国内外研究现状6
1.3本设计的研究方法和研究目的7
1.3.1研究方法7
1.3.2研究目的7
1.3.3研究内容8
1.4本章小结8
2.永磁材料的选择9
2.1永磁材料的介绍9
2.2永磁材料的基本物理量与磁性能9
2.2.1磁化曲线和剩磁9
2.2.2矫顽力和内禀矫顽力10
2.2.3最大磁能积11
2.2.4永磁材料的选择原则11
2.3永磁体的设计11
2.3.1永磁体形状的选择12
2.3.2永磁体尺寸的选择12
2.4磁路的形成与选择12
2.4.1永磁体的布置方式12
2.4.2磁路的形成13
2.5本章小结1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
4
3.本设计总体设计方案15
3.1工况演示系统框图15
3.2方案论证与比较15
3.2.1方案论证15
3.2.2性能比较17
3.3本设计方案选择19
3.4本设计总体设计方案19
3.5永磁调速装置总体结构设计19
3.5.1确定装置整体结构19
3.5.2确定装置整体外形20
3.5.3部分结构零件图以及装配图21
3.6永磁体转子部分的设计26
3.6.1磁转子的设计26
3.6.2铜转子的设计28
3.7本章小结29
4.永磁调速装置的结构设计30
4.1确定输入功率30
4.2确定调速范围30
4.3确定转速差30
4.4确定装置材料选择30
4.5输出轴的选择和强度计算31
4.5.1输出轴的选择31
4.5.2输出轴的强度校核31
4.6筒式永磁调速器涡流损耗及输出转矩分析31
4.6.1涡流损耗形式与影响31
4.6.2筒式永磁调速器输出转矩与涡流损耗模型32
4.7本章小结34
5.结论与展望35
5.1结论35
5.2展望35
参考文献37
致谢39
1.绪论
1.1本设计的研究背景和研究目的
1.1.1研究背景
当今世界,科技发展水平代表着一个国家的实力，但随着科技水平的不断提高，环境污染也逐渐恶化，关于环境保护的各种研究也接踵而至。我国因为人口众多，所以资源消耗快速，而利用率较低，能源储备量也很匮乏。近来年，我国的环境污染问题持续加重，加上各类不可再生资源的过度开采，开展各项节能、减耗工作刻不容缓，各种新能源的开发研究也十分必要，而且符合我国可持续发展的国情，具有较大的潜力。比方说太阳能、风能、潮汐能等，在这其中，有一种利用磁体自身“同斥异吸”的特性作为动力的传动技术表现出了非常有潜力的发展前景。不同于一般的传统驱动方式，永磁驱动不需要原料，而是通过自身磁力这个属性来传递能量，通过改变磁力大小来调节传递能量的大小，实现无消耗无污染的驱动。目前永磁技术在我国已经应用到了冶金、风机、电力、医疗等多个领域，后来随着轨道交通的发展，永磁技术进一步被应用到了地铁、动车的牵引技术上，节能效果十分显著。但是，由于起步较晚以及高成本的造价等问题，永磁技术在我国至今仍在成长之中，仍然是属于推广阶段的新兴技术，但是随着国家大力支持研发新能源的政策以及鼓励创新的号召，永磁技术在我国的发展也已经越来越快了。
作为永磁技术的核心,磁体自然是最关键的材料,关于磁体的研究,人类的脚步也从未停下过。从最初发现自然界中自然存在的磁体,到后来使用不同的合金材料制造磁力更强的磁体。18世纪,第一块人造磁铁诞生,但制造磁性更强的磁性材料的过程却十分迟缓。直到20世纪末，一种名为钕铁硼的稀土永磁材料的成功研制，标志着永磁材料的正式进入了工业使用的时代。
图1.1铝镍钴永磁材料
图1.2钡铁氧体永磁材料
图1.3稀土永磁材料钕铁硼
图1.4永磁材料的发展
伴随着高性能的永磁材料的诞生以及永磁技术的不断发展，永磁调速器应运而生。目前，传统的接触式调速装置在恶劣环境下应用于联轴器时存在明显的缺点，如效率低、易损坏、环保、环保要求高等，因为大多数常见的调速器采用刚性和弹性连接方式。永磁调速器则是化机械连接为气隙连接，利用永磁材料自身磁力特性与导体转子转动产生的磁场作用传递转矩。简而言之，永磁调速器就是利用电磁耦合原理来实现转矩传递。
1.1.2永磁调速器基本结构
永磁调速器的结构如图1.5所示。永磁调速部分一般由导体转子、永磁体转子和调节机构三个部分组成。电动机驱动导体转子转动，通过磁场作用使得永磁体转子转动，进而带动负载运动，两个转子之间有一个气隙，气隙大小可以改变，通过调节气隙大小来改变转速。下面对每各部分做具体说明：
目 录
1.绪论1
1.1本设计的研究背景和研究内容1
1.1.1研究背景2
1.1.2永磁调速器基本结构3
1.1.3永磁调速器磁路基本原理4
1.2国内外研究现状6
1.3本设计的研究方法和研究目的7
1.3.1研究方法7
1.3.2研究目的7
1.3.3研究内容8
1.4本章小结8
2.永磁材料的选择9
2.1永磁材料的介绍9
2.2永磁材料的基本物理量与磁性能9
2.2.1磁化曲线和剩磁9
2.2.2矫顽力和内禀矫顽力10
2.2.3最大磁能积11
2.2.4永磁材料的选择原则11
2.3永磁体的设计11
2.3.1永磁体形状的选择12
2.3.2永磁体尺寸的选择12
2.4磁路的形成与选择12
2.4.1永磁体的布置方式12
2.4.2磁路的形成13
2.5本章小结1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
4
3.本设计总体设计方案15
3.1工况演示系统框图15
3.2方案论证与比较15
3.2.1方案论证15
3.2.2性能比较17
3.3本设计方案选择19
3.4本设计总体设计方案19
3.5永磁调速装置总体结构设计19
3.5.1确定装置整体结构19
3.5.2确定装置整体外形20
3.5.3部分结构零件图以及装配图21
3.6永磁体转子部分的设计26
3.6.1磁转子的设计26
3.6.2铜转子的设计28
3.7本章小结29
4.永磁调速装置的结构设计30
4.1确定输入功率30
4.2确定调速范围30
4.3确定转速差30
4.4确定装置材料选择30
4.5输出轴的选择和强度计算31
4.5.1输出轴的选择31
4.5.2输出轴的强度校核31
4.6筒式永磁调速器涡流损耗及输出转矩分析31
4.6.1涡流损耗形式与影响31
4.6.2筒式永磁调速器输出转矩与涡流损耗模型32
4.7本章小结34
5.结论与展望35
5.1结论35
5.2展望35
参考文献37
致谢39
1.绪论
1.1本设计的研究背景和研究目的
1.1.1研究背景
当今世界,科技发展水平代表着一个国家的实力，但随着科技水平的不断提高，环境污染也逐渐恶化，关于环境保护的各种研究也接踵而至。我国因为人口众多，所以资源消耗快速，而利用率较低，能源储备量也很匮乏。近来年，我国的环境污染问题持续加重，加上各类不可再生资源的过度开采，开展各项节能、减耗工作刻不容缓，各种新能源的开发研究也十分必要，而且符合我国可持续发展的国情，具有较大的潜力。比方说太阳能、风能、潮汐能等，在这其中，有一种利用磁体自身“同斥异吸”的特性作为动力的传动技术表现出了非常有潜力的发展前景。不同于一般的传统驱动方式，永磁驱动不需要原料，而是通过自身磁力这个属性来传递能量，通过改变磁力大小来调节传递能量的大小，实现无消耗无污染的驱动。目前永磁技术在我国已经应用到了冶金、风机、电力、医疗等多个领域，后来随着轨道交通的发展，永磁技术进一步被应用到了地铁、动车的牵引技术上，节能效果十分显著。但是，由于起步较晚以及高成本的造价等问题，永磁技术在我国至今仍在成长之中，仍然是属于推广阶段的新兴技术，但是随着国家大力支持研发新能源的政策以及鼓励创新的号召，永磁技术在我国的发展也已经越来越快了。
作为永磁技术的核心,磁体自然是最关键的材料,关于磁体的研究,人类的脚步也从未停下过。从最初发现自然界中自然存在的磁体,到后来使用不同的合金材料制造磁力更强的磁体。18世纪,第一块人造磁铁诞生,但制造磁性更强的磁性材料的过程却十分迟缓。直到20世纪末，一种名为钕铁硼的稀土永磁材料的成功研制，标志着永磁材料的正式进入了工业使用的时代。
图1.1铝镍钴永磁材料
图1.2钡铁氧体永磁材料
图1.3稀土永磁材料钕铁硼
图1.4永磁材料的发展
伴随着高性能的永磁材料的诞生以及永磁技术的不断发展，永磁调速器应运而生。目前，传统的接触式调速装置在恶劣环境下应用于联轴器时存在明显的缺点，如效率低、易损坏、环保、环保要求高等，因为大多数常见的调速器采用刚性和弹性连接方式。永磁调速器则是化机械连接为气隙连接，利用永磁材料自身磁力特性与导体转子转动产生的磁场作用传递转矩。简而言之，永磁调速器就是利用电磁耦合原理来实现转矩传递。
1.1.2永磁调速器基本结构
永磁调速器的结构如图1.5所示。永磁调速部分一般由导体转子、永磁体转子和调节机构三个部分组成。电动机驱动导体转子转动，通过磁场作用使得永磁体转子转动，进而带动负载运动，两个转子之间有一个气隙，气隙大小可以改变，通过调节气隙大小来改变转速。下面对每各部分做具体说明：
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