2.7 磁力耦合传动技术中的磁涡流损失
2.7.1 涡流的产生及影响
磁力耦合传动装置由内、外磁转子及内、外磁转子间的隔离套三大部件组成。隔离套是磁力密封传动装置中的一个重要部件。若隔离套为金属材料，那么当内、外磁转子同步或不同步旋转运动时，金属隔离套便处在交变磁场中，磁场的方向和大小按一定规律瞬间变化，即隔离套壁厚中的磁通量随时间而变化，作为导体将产生环绕磁通量变化方向的涡电流，即环形电流（佛科电流），称为涡流。
涡流产生的过程称为趋肤效应过程。一方面减弱了工作磁场，降低了传递的力或扭矩，另一方面产生涡流损耗并以热量的形式释放，消耗了原动机的功率（能量），降低了工作效率。金属隔离套密封磁力耦合传动装置在正常运转工作时，由于涡流的产生，连续释放热量，磁性材料工作的环境温度不断上升，温度升高到额定温度值时，磁体的磁性能随温度的继续升高而降低，降低磁性能而使传递的力或扭矩下降，影响磁装置的正常运行和工作。当温度升高至磁性材料的居里温度点时，磁性材料的磁性能完全消失，即磁传动装置的工作作用完全失效。
2.7.2 涡流损失的计算
（1）模型与假设条件
①基本模型与参数 磁场与隔离套的基本模型如图2-21、图2-22所示，基本参数包括：隔离套轴向磁化长度L（mm）；隔离套壁厚度t（mm）；内、外磁转子转角差ϕ（rad）。
图2-21 磁场基本模型
1—外磁转子；2—隔离套；3—内磁转子
图2-22 隔离套基本模型t—隔离套壁厚度；ϕ—内、外磁转子转角差；dA—单元的体积
②假设条件
a.磁场B沿r取向，且在隔离套内随ϕ坐标变化，即
B=Brr
Br=Bosinϕ
式中， Bo为工作气隙中最大磁通密度。隔离套相对内、外磁转子为逆时针旋转，由变化磁场产生的电流沿Z向，电动势E变化为
E=EzZ
式中，Ez为随ϕ变化的最大电动势。
b.隔离套中位移电流相对于传导电流可以忽略。
c.隔离套厚度t远小于轴向长度L，可以忽略端部效应，仅以横断面为研究对象。
（2） 涡流损失理论计算式的导出
按Maxwell方程
（2-36）
根据上述假设条件a和上式在其坐标下可得
（2-37）
Br=Bosinmϕ
（2-38）
（2-39）
把式（2-39）、式（2-38）代入式（2-37）得
（2-40）
对式（2-40）两边积分得
（2-41）
电流密度为
（2-42）
如图2-22所示，在单元面积dA=rdϕt中的功率损失为
在整个隔离套中的涡流损失Pj为
（2-43）
式中 L——磁化长度，m；
r——隔离套半径，m；
t——隔离套壁厚，m；
n——电动机转速，r/min；
Bo——磁感应强度，T；
γ——电导率，s/m。
（3）理论计算实例
已知 D1=128.4mm L=33mm
γ=0.625×106s/m n=2950r/min
Bo=0.4996T t分别为1.9mm、1.36mm和1.04mm
利用式（2-43）对三种不同厚度的隔离套进行理论计算。结果如表2-13所示。
表2-13 不同t值下的Pj的计算值
（4）涡流损失的实验测试
磁涡流损失的测试装置如图2-23所示。利用该装置对理论计算时所采用的三种不同厚度的金属隔离套分别进行了测试。测试数据经计算机处理的结果见表2-14。
图2-23 磁涡流损失的测试装置框图
1—电动机；2，6—转速扭矩功率仪；3—外磁转子；4—隔离套；5—内磁转子；7—负载机；8，10—二次仪表；9—计算机
表2-14 不同t值下Pj的实测值
从表2-13与表2-14中可以看出，理论计算值与实测值基本一致，实测值在测试时因受机械摩擦力的影响略大于计算值，计算与实测值基本符合实际状态。
（5）产生涡流损失的因素分析及有关参数的选择
①理论和实测表明，磁涡流损失的大小与隔离套的厚度t有关，在满足隔离套强度要求的条件下，隔离套的壁厚越小越好。
②磁涡流损失的大小与隔离套材料的电导率γ成正比关系。电导率大，涡流损失大，因此，隔离套选择电导率小的材料为宜。
③磁涡流损失的大小与磁场旋转半径r的三次方成正比，而与磁程长度L的一次方成正比。结构设计时尽量减小r值，适当增大L值，有利于控制或减小涡流损失。这是因为r值大，磁转子旋转的线速度大，从而导致了交变磁场在隔离套中产生影响很大。所以，在满足设计要求的前提下，主动机转速不宜选高。
上述讨论与分析表明，磁力耦合传动器中金属隔离套产生涡流造成功率损失，只要通过对参数和永磁材料的合理选择就能有效控制涡流损失的大小或把涡流损失降低到最小值。