磁力耦合器是一种新型调速设备,具有轻载启动、过载保护、隔离振动、零泄露、节能环保等特性,在发电、冶金、污水处理、采矿与水泥、制药、化工等重载大转矩行业具有广泛应用前景。为了克服现有磁力耦合技术的缺陷,提出了一种新型复合式磁力耦合器结构形式,从轴/径向同时充磁,增大感应磁场面积。并采用理论分析、计算机仿真和实验验证相结合的方式,对其进行系统、深入研究。针对煤矿井下特殊环境,以复合式磁力耦合器为对象,以安全高效、节能环保、平稳传动和减小体积为目标,理论计算、仿真分析与实验验证相结合,围绕复合式磁力耦合器主要结构设计、磁力传动分析、永磁磁场-温度场耦合分析以及测试平台设计等关键性问题展开研究。具体研究工作为以下:(1)基于现有筒式和盘式磁力耦合器的结构特点及工作特性,提出一种复合式磁力耦合器,其永磁体在径向和轴向同时充磁,铜导体在径向和轴向同时切割磁力线,增加电磁阻尼。并对新型复合式磁力耦合器的总体结构与设计方法进行了研究。(2)传统三维有限元方法计算漏磁系数时工作量较大、时间较长。考虑漏磁效应,建立了复合式磁力耦合器等效磁路网络模型,由此得到了复合式磁力耦合器漏磁系数的计算公式,实现了运用简单磁路公式快速精准分析复杂结构磁力耦合器漏磁的目的。(3)应用化“场”为“路”法,建立了复合式磁力耦合器气隙磁场的数学表达式。基于电流叠加原理,将感应电流折算至铜导体的表面,然后沿周向对感生电动势积分,推导了其输出转矩模型。仿真结果显示:复合式磁力耦合器相较于在同等尺寸条件的双盘式磁力耦合器,实现了磁通密度的增大。(4)基于改进的响应曲面法,联合MAXWELLANSOFT与DesignExpect8.0软件,设计多因素多响应值二次正交旋转组合试验对复合式磁力耦合器结构参数进行优化分析,实现了复合式磁力耦合器最优结构布局与参数选择。(5)提出了一种基于三维永磁-温度场耦合的有限元分析方法,联合搭建永磁磁场-温度场耦合三维模型,分析涡流热量对铜导体与永磁体性能的影响,将涡流热功率作为热源载荷导入温度场仿真,再利用温度场的仿真结果修正复合式磁力耦合器的性能参数,实现了复合式磁力耦合器三维有限元仿真精度的提高。(6)设计复合式磁力耦合器测试平台系统,依次对漏磁效应、磁力传动特性、机械特性、永磁磁场-温度场耦合特性进行测试,并验证改进响应面优化结果,以实验数据为依据,得到了如下结论:复合式磁力耦合器的传递效率高,机械特性偏软,具有良好的磁力软启动能力以及过载保护能力。