ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МАГНИТНЫХ МУФТ ДЛЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ МАШИН

45.0 ':': 9

0.0 Q\ 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1С

Угол поворота, £P

Рис. 2.8. Угловая характеристика MS12UR08: Параметры материала: Вг = 0,6 Тл, Нсв = 389 кА/м

Рис. 2.9. Магнитная система MS12UF08:

1 — втулка (сталь 08Х18Н10Т) 2, 4 — постоянные магниты (ферриты бария); 3 — воздушный зазор; 5 — корпус (сплав АЛ9). Геометрия системы: R1 = 22,5 мм, R2 = 28 мм, R3 = 35 мм, R4 = 37,25 мм,

R5 = 39,5 мм, R6 = 39,5 мм, R7 = 55 мм

61

а:

53 1

S

о

?£ П -

Рис. 2.10. Угловая характеристика MS12UF8: Параметры материала: Вг = 0,33 Тл, НсВ = 225 кА/м

2.2.Моделирование магнитного поля муфт методом конечных элементов

2.2.1. Общие положения Моделирование магнитного поля представленных выше магнитных сис­

тем необходимо для получения расчётных данных по удельным силовым ха­ рактеристикам магнитных муфт (ММ), которые позволяют выполнить сравне­ ние конструкций ММ по эффективности использования активных материалов и получить угловые характеристики рассматриваемых устройств по аналогии с синхронными электрическими машинами.

Для более наглядного и корректного сравнения магнитных систем при­ нимаем следующие ограничения:

62

-материал постоянного магнита во всех конструкциях одинаковый и соот­ ветствует характеристике магнита марки 19БА260 (Вг = 0,33 Тл, Да = 225 кА/м);

-материал магнитопроводов соответствует кривой намагничивания ста­

ли Ст 3;

-диаметр муфты, величина воздушного зазора и высота магнитов в процессе расчётов не изменяются;

-число полюсов полумуфт всех конструкций равно восьми.

Угловые характеристики муфт получены на основе расчёта магнитного поля и передаваемого момента М при изменении угла рассогласования полу­ муфт с шагом в 1°, начиная с холостого хода и до выхода муфты из синхрониз­ ма, когда М = 0. Таким образом, были исследованы 19 магнитных систем.

Во второй главе представлены результаты моделирования основных конструкций ММ по каждой классификационной группе (глава 1): MS01OF08, MS04 OF08, MS07UF08, MS14OUF08, MS20OF08, MS23UF08. Результаты мо­ делирования остальных магнитных систем даны в приложении 2.

2.2.2. Магнитная муфта MS01OF08

Магнитная муфта (рис. 2.11) выпускалась серийно [71]. Она может быть взята в качестве базовой для сравнения с другими конструкциями ММ. Суще­ ственным недостатком этой магнитной системы является сложная форма маг­ нитов. При переходе от ферритовых магнитов к магнитам на основе редкозе­ мельных материалов (РЗМ) существенно увеличивается технологическая себе­ стоимость последних. Кроме этого, магниты внешней и внутренней полумуфт имеют разные размеры, что приводит к различному магнитному состоянию по­ стоянных магнитов и, как следствие, к худшему их использованию.

Угловая характеристика, построенная по результатам моделирования, представлена на рис. 2.12. Результаты моделирования магнитного поля муфты представлены на рис. 2.13 -2.15.

63

JJ ~^тщ%<^ \J_

Рис. 2.11. Магнитная система MS01OF8:

1 — втулка (сталь СтЗ); 2, 4 — постоянные магниты (ферриты бария); 3 — воздушный зазор; 5 — магнитопровод (сталь СтЗ) . Геометрия системы: R1 = 22,5 мм, R2 = 35 мм, R3 = 37,25 мм,

R4 = 39,5 мм; R5 = 55 мм; И = 30,23 мм; 12 = 23,20 мм

1UU,V "

у\)у\) 1

oU,U "

^4U,U -

JU,U "

Рис. 2.12. Угловая характеристика MS01OF8:

Поз. 1 — Расчётная зависимость М(9);

Поз. 2 — Синусоидальное распределение М = MmaxsinG

64

U.ZJJ -

of

I

& ' :

X

\

а

Длина полюсной дуги, мм

Рис. 2.15. Распределение индукции вдоль полюсной дуги

в магнитной системе MS01OF08:

при углах рассогласования 0,0° (а) и 22,5° (б)

67

2.2.3. Магнитная муфта MS04OF8

Конструкция данной магнитной муфты (рис. 2.16) имеет магниты оди­ наковой формы. Рассматриваемая магнитная система немного выигрывает у ба­ зового варианта по степени однородности магнитного поля и энергии постоян­ ных магнитов (приложение 2). Этот же факт отражает и угловая характеристика муфты (рис. 2.17), которая показывает, что магнитная система имеет самую вы­ сокую степень использования материала постоянного магнита (приложение 2). Результаты моделирования магнитного поля представлены на рис. 2.18 - 2.20. Кроме этого, простая и технологичная форма магнитов является определяющим фактором при выборе конструкции магнитной системы, особенно если требует­ ся применение магнитов на основе редкоземельных материалов (РЗМ).

2.2.4. Магнитная муфта MS07UF08

Магнитная система муфты MS07UF08 (рис. 2.21) относится к неявнополюсной конструкции и составлена из отдельных, плотно уложенных постоян­ ных магнитов. Магнитная система MS07UF08 имеет параллельно намагничен­ ные постоянные магниты (ПМ). Угловые характеристики магнитных муфт представлены на рис. 2.22, а результаты моделирования магнитного поля пред­ ставлены на рис. 2.23 — 2.25.

2.2.5. Магнитная муфта MS14OUF08

Магнитная система рассматриваемой муфты (рис. 2.26) может быть от­ несена к комбинированному типу. Внешняя полумуфта явнополюсная и выпол­ нена на основе скобообразных магнитов намагниченных параллельно (вдоль оси полюса). Угловая характеристика представлена на рис. 2.27, а результаты моделирования магнитного поля муфты показаны на рис. 2.28 - 2.30.

68

Рис. 2.16. Магнитная система MS04OF08:

1 — втулка (сталь СтЗ); 2, 4 — постоянные магниты (ферриты бария); 3 — воздушный зазор; 5 — магнитопровод (сталь СтЗ) . Геометрия системы: R1 = 22,5 мм, R2 = 37,25 мм, R3 = 46,5 мм, R4 = 55 мм,

R5 = 28 мм; / = 20 мм; 5 = 4,5 мм. Толщина магнита 7 мм.

Рис. 2.17. Угловая характеристика MS04OF08: поз. 1 — расчётная зависимость М(0);

поз. 2 — синусоидальное распределение М = Mmaxsin6

69