径向磁通永磁涡流联轴器是一种依靠永磁体阵列磁场与导体筒内感生涡电流形成的磁场之间相互作用进行传动的设备,它具有非接触、软启动、安装精度要求低、可调速等优点。由于径向磁通永磁涡流联轴器依靠非接触的磁力传动,与传统的联轴器相比具有很多特性,在设计和使用径向磁通永磁涡流联轴器时,需要对其特性加以了解。衡量径向磁通永磁涡流联轴器的性能的主要参数是转矩密度,即相同的结构尺寸下和内外转子转差下传输转矩的大小,一般情况下转矩密度越大,联轴器性能越好。本文使用理论分析、有限元仿真等手段,研究径向磁通永磁涡流联轴器的转矩特性和应用特性。基于二维线性层理论和分离变量法,推导了径向磁通永磁涡流联轴器传动过程中发生能量转化的机-磁-电-机过程。基于等效磁路法和安培定律,得到了径向磁通永磁涡流联轴器永磁体阵列磁场表达式和传递转矩表达式,认为导体筒中线处的磁场参数(B2)avg是衡量磁场性能的重要参数,它与联轴器的转矩密度成正比。采用ANSYS Electronicdesktop有限元仿真软件(AEDT)分析了结构参数和动态参数对径向磁通永磁涡流联轴器转矩特性的影响,为径向磁通永磁涡流联轴器的结构设计提供了依据。对比分析了常用的12种永磁体阵列,认为传统的2段式Halbach排列不能提高径向磁通永磁涡流联轴器永磁体阵列的磁场性能,采用扇形截面永磁体平行充磁交替排列的永磁体阵列磁场性能较好。结合应用场景,建立了原动机-径向磁通永磁涡流联轴器-平方负载分析模型,分析了径向磁通永磁涡流联轴器节能特性、传动特性、起动特性、负载特性和负载转矩波动响应特性。基于能量平衡法,建立了径向磁通永磁涡流联轴器的功耗模型。采用AEDT与ANSYS Workbench Steady-State Thermal模块联合仿真,对径向磁通永磁涡流联轴器在超载和额定工作点向下调节时的功耗和热场进行分析,结果表明径向磁通用永磁涡流联轴器在额定工作点向下调节时,发热功率变化不大,可不采用特别的冷却手段。为提高转矩密度、改善径向磁通永磁涡流联轴器内外转子啮合度低时发热区域集中的问题,对径向磁通永磁涡流联轴器的主要工作部件—永磁体阵列和导体筒进行改进。采用非等长2段式Halbach排列可以有效提高永磁体阵列的磁场性能。有限元仿真计算结果表明,与传统的12极扇形截面交替排列永磁体阵列相比,平行充磁时(B2)avg提升了8.94%;径向充磁时(B2)avg提升了11.73%。采用轴向开槽的方法对导体筒进行改进,有限元计算结果表明,导体筒开槽后的径向磁通永磁涡流联轴器转矩密度有了明显提升,与导体筒不开槽的计算模型相比,开槽数为24时平均输出转矩提升24.56%;开槽数为36时,平均输出转矩提升了36.97%,内外转子低啮合度时的导体筒发热分布不均匀的问题得到改善,但是会产生转矩波动。采用增加开槽数、开槽数改为奇数、斜槽、改变槽宽占比等方法克服转矩波动,有限元计算结果表明,以上方法可以大幅减小导体筒开槽后产生的转矩波动。