筒式永磁调速器的磁场仿真与分析【说明书论文开题报告外文翻译】
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毕 业 设 计（论文） 开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写不少于1000 字左右的文献综述： 随 着 科 学 技 术 的 快 速 发 展 以 及 现 代 文 明 的 高 度 提 高 ， 在 能 源 短 缺 的 当 今 世界 ， 人 们 开 始 越 来 越 多 的 关 注 节 能 、 环 保 、 高 效 的 生 活 方 式 以 及 生 产 技 术 。 在基 础 生 产 链 上 ， 亦 是 如 此 ， 大 型 机 械 逐 渐 取 代 功 能 少 而 工 种 多 的 小 型 机 器 ， 生产 流 水 线 逐 渐 取 代 效 率 低 而 费 时 间 的 人 工 劳 动 。 因 此 ， 大 量 的 机 械 设 备 在 生 产过 程 中 占 有 很 大 的 比 重 ， 如 何 更 大 的 提 高 机 械 设 备 的 生 产 率 ， 如 何 更 充 分 的 利用 现 有 能 源 实 现 最 优 匹 配 ， 实 现 节 能 环 保 的 目 的 ， 是 相 关 研 究 人 员 需 要 去 克 服的 问 题 。 目 前 ， 在 大 量 科 研 人 员 的 共 同 投 入 和 努 力 下 ， 永 磁 调 速 器 这 一 革 命 性设 备 应 运 而 生 。 永 磁 调 速 器 又 叫 永 磁 磁 力 耦 合 调 速 驱 动 器 ， 它 通 过 调 节 铜 导 体和 永 磁 之 间 的 气 隙 实 现 由 电 动 机 到 负 载 的 转 矩 传 输 的 一 种 调 速 装 置 ， 可 实 现 电动 机 和 负 载 间 无 机 械 链 接 的 传 动 方 式 。 在 旋 转 机 械 中 ， 设 备 的 驱 动 侧 （ 电 机 侧 ）和 被 驱 动 侧 （ 负 载 侧 ） 完 全 没 有 机 械 联 接 ， 转 矩 的 产 生 是 由 于 一 侧 的 稀 土 强 永磁 体 与 另 一 侧 的 感 应 磁 场 相 互 作 用 ， 通 过 调 节 永 磁 体 和 铜 导 体 之 间 的 气 隙 可 以精 确 控 制 传 递 的 转 矩 ， 从 而 实 现 负 载 速 度 调 节 。 由 此 可 见 ， 永 磁 调 速 器 主 要 是利 用 永 磁 驱 动 技 术 来 实 现 驱 动 与 调 速 的 目 的 ， 其 能 实 现 无 极 平 滑 调 速 和 高 效 节能 ， 并 且 结 构 简 单 可 靠 ， 维 护 成 本 低 ， 无 需 再 供 电 源 ， 能 适 应 各 种 恶 劣 的 环 境 ，并 且 对 电 网 无 污 染 ， 且 工 作 时 可 以 实 现 带 缓 冲 的 软 启 动 ， 具 有 过 载 保 护 功 能 等优 点 。 因 此 研 究 永 磁 调 速 器 ， 特 别 是 对 现 有 永 磁 调 速 器 进 行 电 磁 场 分 析 ， 从 而提 出 优 化 的 结 构 方 案 ， 对 永 磁 调 速 器 的 发 展 具 有 深 远 的 意 义 。 本 课 题 以 筒 式 永磁 调 速 器 的 磁 场 仿 真 与 分 析 作 为 研 究 对 象 ， 利 用 ANSYS 仿 真 软 件 前 处 理 和 后处 理 模 块 的 功 能 ， 分 析 对 象 进 行 几 何 建 模 ， 网 络 划 分 、 载 荷 和 边 界 条 件 加 载 、求 解 选 项 设 置 以 及 结 果 后 处 理 等 。 选 取 合 适 单 元 对 筒 式 永 磁 调 速 器 进 行 二 维 和三 维 磁 场 的 仿 真 分 析 ， 并 分 析 筒 式 永 磁 调 速 器 在 不 同 啮 合 面 积 下 的 磁 场 分 析 和转 矩 输 出 ， 为 永 磁 调 速 器 的 磁 场 研 究 提 供 理 论 依 据 。一、 永磁材料介绍作 为 永 磁 调 速 器 中 永 磁 转 子 的 核 心 部 分 ， 其 永 磁 体 材 料 的 特 性 及 性 能 对 本课 题 的 研 究 内 容 起 着 至 关 重 要 的 作 用 。 目 前 在 工 业 生 产 上 广 泛 应 用 的 永 磁 材 料有 四 大 类 ： 铸 造 Al-Ni-Co 和 Al-Ni 系 永 磁 材 料 ， 统 称 为 铸 造 永 磁 材 料 ； 铁 氧体 永 磁 材 料 ； 稀 土 永 磁 材 料 ； 其 他 永 磁 材 料 ， 如 可 加 工 的 Fe-Cr-Co， Fe-Pt和 Pt-Co 永 磁 材 料 等 。 其 中 ， 稀 土 永 磁 材 料 是 20 世 纪 60 年 代 出 现 的 新 型 金属 永 磁 材 料 ， 它 是 以 稀 土 金 属 元 素 与 过 度 族 金 属 间 元 素 形 成 的 金 属 间 化 合 物 为基 体 的 永 磁 材 料 。 永 磁 材 料 的 基 本 物 理 量 及 性 能 指 标 如 下 ：a) 磁滞回线磁 滞 回 线 是 当 磁 化 磁 场 循 环 改 变 时 ， 表 示 磁 性 体 中 磁 感 应 强 度 随 磁 场 强 度变 化 的 闭 合 曲 线 。 它 是 描 述 磁 化 过 程 的 磁 特 性 指 标 。b) 磁能积（BH）和最大磁能积（BH）max磁 能 积 是 指 在 永 磁 体 退 磁 曲 线 上 任 意 一 点 处 的 磁 感 应 强 度 和 磁 场 强 度 的 乘积 ， 它 与 磁 路 中 结 构 有 关 。 在 退 磁 曲 线 上 的 中 间 位 置 获 得 的 磁 能 积 最 大 值 即 称为 最 大 磁 能 积 （ BH） max。c) 退磁曲线退 磁 曲 线 是 磁 滞 回 线 (一 般 是 指 饱 和 磁 滞 回 线 )在 第 二 象 限 和 第 四 象 限 中 的那 一 部 分 。 它 描 述 的 是 磁 性 材 料 从 磁 饱 和 状 态 到 退 磁 状 态 的 曲 线 轨 迹 。d) 剩余磁感应强度剩 余 磁 感 应 强 度 Br 是 从 磁 性 体 的 饱 和 状 态 ， 把 磁 场 （ 包 括 自 退 磁 场 ） 沿饱 和 磁 滞 回 线 单 调 的 递 减 带 零 时 三 维 磁 感 应 强 度 。e) 磁感应矫顽力磁 感 应 矫 顽 力 是 从 磁 性 体 的 饱 和 磁 化 状 态 ， 沿 饱 和 磁 滞 回 线 单 调 改 变 磁 场 ，使 磁 感 应 强 度 B=0 时 的 磁 场 强 度 值 ， 单 位 为 奥 斯 特 。f) 居里温度居 里 温 度 是 表 现 永 磁 材 料 温 度 特 性 的 重 要 参 量 ， 随 着 磁 性 物 质 温 度 升 高 ，其 磁 性 在 不 断 的 降 低 ， 当 温 度 升 高 到 某 一 温 度 时 ， 磁 性 物 质 的 磁 性 能 完 全 消 失的 临 界 温 度 点 ， 就 称 该 温 度 点 为 居 里 温 度 Tc,单 位 为 摄 氏 度 。二、 永磁调速器的基本结构与工作原理1. 永磁调速器的分类永 磁 调 速 器 是 一 种 利 用 简 单 的 机 械 结 构 （ 高 强 度 导 体 转 子 与 永 磁 转 子 相 互作 用 ） ， 实 现 电 机 与 负 载 之 间 通 过 气 隙 进 行 扭 矩 传 递 。 根 据 现 有 永 磁 调 速 器 的 结构 大 致 可 分 为 两 种 ， 一 种 为 圆 盘 式 永 磁 调 速 器 ， 另 一 种 为 筒 式 永 磁 调 速 器 。2. 永磁调速器的结构组成永 磁 调 速 器 一 般 有 三 个 部 分 组 成 ， 一 是 和 电 机 连 接 的 导 磁 体 ， 二 是 与 负 载连 接 的 永 磁 体 ， 这 两 个 转 动 体 之 间 有 一 定 的 空 间 间 隙 ， 三 是 一 个 调 节 器 ， 通 过调 节 器 调 节 两 个 转 体 之 间 的 间 隙 大 小 ， 通 过 负 载 扭 矩 的 调 节 实 现 负 载 输 出 速 度的 控 制 。3. 永磁调速器的工作原理永 磁 调 速 器 由 导 体 转 子 、 永 磁 转 子 和 调 节 器 三 部 分 组 成 。 永 磁 转 子 在 导 体转 子 内 ， 其 间 由 空 气 隙 分 开 ， 并 随 各 自 安 装 的 旋 转 轴 独 立 转 动 ， 调 节 器 调 节 永磁 转 子 与 导 体 转 子 在 轴 线 方 向 的 相 对 位 置 ， 以 改 变 导 体 转 子 与 永 磁 转 子 之 间 相互 作 用 的 面 积 ， 实 现 改 变 导 体 转 子 与 永 磁 转 子 之 间 的 传 递 转 矩 的 大 小 。 导 体 转子 安 装 在 输 入 轴 上 ， 永 磁 转 子 安 装 在 输 出 轴 上 ， 当 导 体 转 子 转 动 时 ， 导 体 转 子与 永 磁 转 子 产 生 相 对 运 动 ， 永 磁 场 在 导 体 转 子 上 产 生 涡 流 ， 同 时 涡 流 又 产 生 感应 磁 场 与 永 磁 场 相 互 作 用 ， 从 而 带 动 永 磁 转 子 沿 与 导 体 转 子 相 同 方 向 转 动 ， 结果 是 将 输 入 轴 的 转 矩 传 递 到 输 出 轴 上 ， 输 出 转 矩 的 大 小 与 相 互 作 用 的 面 积 有 关 ，作 用 面 积 越 大 ， 扭 矩 越 大 ， 反 之 亦 然 。永 磁 转 子 在 调 节 器 作 用 下 ， 沿 轴 向 往 返 移 动 时 ， 永 磁 转 子 与 导 体 转 子 之 间的 相 互 作 用 面 积 发 生 变 化 。 作 用 面 积 越 大 ， 传 递 的 扭 矩 越 大 ， 转 速 越 高 ， 作 用面 积 越 小 ， 传 递 的 扭 矩 小 ， 转 速 低 ； 永 磁 转 子 与 导 体 转 子 完 全 脱 开 ， 作 用 面 积为 零 ， 永 磁 转 子 转 速 为 零 ， 即 负 荷 转 速 为 零 。三、 有限元分析方法介绍有 限 元 法 最 早 是 应 用 在 力 学 计 算 中 ， 基 于 变 分 原 理 而 发 展 起 来 的 一 种 理 论方 法 ， 现 已 广 泛 应 用 于 工 程 设 计 中 的 各 个 领 域 。 有 限 元 法 ， 简 单 地 说 就 是 将 连续 体 分 解 成 为 离 散 化 结 构 ， 并 且 找 出 能 够 表 达 相 应 离 散 化 结 构 的 函 数 式 ， 通 过对 多 个 离 散 结 构 的 函 数 式 联 立 求 解 ， 从 而 得 出 整 个 连 续 体 的 近 似 解 。有 限 元 法 的 优 点 在 于 其 系 数 矩 阵 对 称 、 正 定 且 具 有 稀 疏 性 ， 因 此 解 法 方 便快 捷 ， 擅 长 处 理 非 线 性 问 题 ， 尤 其 是 在 计 算 中 出 现 磁 饱 和 等 问 题 时 ， 更 显 其 优越 性 ， 而 缺 点 是 对 于 工 程 中 的 三 维 问 题 不 易 于 处 理 ， 需 要 使 用 者 尽 量 采 用 二 维进 行 处 理 分 析 ， 使 用 时 会 有 一 定 的 局 限 性 。近 年 来 ， 随 着 有 限 元 方 法 的 极 大 发 展 及 广 泛 应 用 ， 依 托 计 算 机 技 术 的 迅 猛发 展 ， 基 于 有 限 元 分 析 法 的 计 算 机 应 用 软 件 也 应 运 而 生 ， 最 广 泛 的 就 是 美 国ANSYS 公 司 研 制 的 大 型 通 用 有 限 元 分 析 (FEA)软 件 ANSYS， 它 能 够 进 行 包 括 结构 、 热 、 声 、 流 体 以 及 电 磁 场 等 学 科 研 究 ， 在 核 工 业 、 石 油 化 工 、 航 空 航 天 、机 械 制 造 、 土 木 工 程 、 生 物 医 学 等 方 面 有 着 广 泛 的 应 用 。 ANSYS 的 功 能 强 大 ，可 以 灵 活 地 解 决 电 磁 场 方 面 的 问 题 。ANSYS 电 磁 场 分 析 是 以 麦 克 斯 韦 方 程 组 作 为 出 发 点 ， 利 用 有 限 元 法 先 将 要处 理 的 对 象 划 分 成 若 干 个 微 小 单 元 ， 当 然 这 些 微 小 单 元 中 也 可 以 包 含 若 干 节 点 ，然 后 根 据 电 磁 场 偏 微 分 方 程 按 照 有 限 元 法 进 行 数 值 求 解 ， 解 得 磁 势 和 电 势 的 场分 布 值 ， 在 经 过 转 化 （ 即 后 处 理 ） 可 得 到 电 磁 场 的 各 物 理 量 ， 如 磁 感 应 强 度 、磁 场 强 度 及 磁 力 线 分 布 等 。参考文献：1丁国平.磁力轴承电磁场的相关理论和实验研究D.武汉理工大学，20082 国丽，谢小鹏.基于 ANSYS 的多磁极磁化器的磁场分析J.机电工程技术，2009,38（10）：26-273 张斌.基于 ANSYS 的径向磁力轴承涡流损耗研究D.武汉理工大学;2007. 4 郭荣文.磁场的有限元模拟与延拓研究D.中南大学,2007.5 王玉良,周福昌.永磁传动器设计制造中的几个问题J.磁性材料及器件,2000(4).6 杨志轶,赵韩.轴向磁性联轴器轴向力与传动力矩计算及其特性分析J.磁性材料及器件,2001(6)7 王新伟,刘文胜,王一.ANSYS 软件在无轴承异步电机磁场分析中的应用J.电机技术,2008(2).8 牛晓博.基于 ANSYS 的永磁调速器磁场研究D.西安：长安大学机械电子工程,2012:20-32.9 杨光.基于三维磁场计算的永磁音圈电机结构优化设计D.天津：天津大学，200410 郑炜科.永磁调速系统(PMD)与节能J.上海节能，2008,06（018): 28-3011 刘红娟.矩形永磁体三维磁场空间分布研究D.北京：北京工业
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