一種軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法，首先根據(jù)所采用永磁體的形狀，確定等效長方形永磁體寬度和長度；再根據(jù)對(duì)稱關(guān)系，并計(jì)及導(dǎo)體渦流反應(yīng)場(chǎng)，建立對(duì)應(yīng)于永磁渦流聯(lián)軸器一對(duì)磁極的1/2磁路模型；然后根據(jù)永磁渦流聯(lián)軸器設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算永磁體磁動(dòng)勢(shì)、主磁通磁阻、和、漏磁通磁阻和；最后計(jì)算導(dǎo)體感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)；建模過程結(jié)束。該種軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法，通過在磁路模型中引入導(dǎo)體感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)，并建立相應(yīng)漏磁支路，有效計(jì)入了感應(yīng)電流對(duì)主磁通的影響，所建立的磁路模型更貼近實(shí)際情況。
【專利說明】
一種軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 永磁渦流聯(lián)軸器具備節(jié)能效果顯著、過程控制精度高等優(yōu)點(diǎn)，還具有不產(chǎn)生電磁 諧波、減振效果好、總成本低、維護(hù)費(fèi)用低、使用壽命長、過載保護(hù)和軟啟動(dòng)/軟制動(dòng)等特性， 在諸多工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003] 目前，永磁渦流聯(lián)軸器運(yùn)行特性分析和預(yù)測(cè)方法主要依靠電磁場(chǎng)計(jì)算，通過采用 解析方法或者有限元計(jì)算方法求解場(chǎng)域方程，最終得到輸出功率、電磁力、電磁轉(zhuǎn)矩等主要 特性參數(shù)的計(jì)算值。盡管電磁場(chǎng)計(jì)算方案所產(chǎn)生的計(jì)算結(jié)果較為精確，但是，無論是采用解 析法還是有限元法，其建模和計(jì)算過程都相當(dāng)復(fù)雜。
[0004] 相比之下，磁路法具有模型簡(jiǎn)單、計(jì)算速度快等優(yōu)點(diǎn)。但是，在現(xiàn)有包括永磁渦流 聯(lián)軸器在內(nèi)的各種電磁設(shè)備磁路模型中，通常忽略了感應(yīng)電流即渦流的存在。忽略感應(yīng)電 流的主要原因是，很難在磁路模型中有效表述該電流以及其對(duì)整體磁路的影響。但是就永 磁渦流聯(lián)軸器工作原理而言，導(dǎo)體渦流是產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件，磁路模型中 忽略渦流將導(dǎo)致不可避免的計(jì)算誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法，解決現(xiàn) 有技術(shù)中存在的無法有效在磁路模型中計(jì)及感應(yīng)電流的影響，從而導(dǎo)致特性參數(shù)計(jì)算結(jié)果 存在較大系統(tǒng)誤差的問題。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是： 一種軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法，包括： 51、 根據(jù)所采用永磁體的形狀，確定等效長方形永磁體寬度&和長度％:; 52、 根據(jù)對(duì)稱關(guān)系，并計(jì)及導(dǎo)體渦流反應(yīng)場(chǎng)，建立對(duì)應(yīng)于永磁渦流聯(lián)軸器一對(duì)磁極的1/ 2磁路模型，并建立相關(guān)磁路方程組； 53、 根據(jù)永磁渦流聯(lián)軸器設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算永磁體磁動(dòng)勢(shì)兄、主磁通磁阻巧、尾和及、漏磁 通磁阻_各和1?; 54、 計(jì)算導(dǎo)體感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)巧。
[0007] 進(jìn)一步地，步驟S1中，根據(jù)所采用永磁鐵形狀確定等效長方形永磁鐵寬度K和長 度;本發(fā)明磁路模型中假定永磁體橫截面具有長方形幾何形狀，而常用永磁體有長方形、 扇形、梯形和圓形等多種形狀，因此建模時(shí)永磁體形狀參數(shù)應(yīng)該進(jìn)行合理等效。形狀參數(shù)等 效和變換依據(jù)為:橫截面面積相等及厚度相等的永磁體能產(chǎn)生相同磁動(dòng)勢(shì)。因此，可根據(jù)橫 截面面積相等原則，確定不同幾何形狀永磁體的等效長方形永磁鐵寬度％和長度
[0008] 進(jìn)一步地，步驟S2中，由于對(duì)稱關(guān)系，建立對(duì)應(yīng)于永磁渦流聯(lián)軸器一對(duì)磁極的1/2 磁路模型，并建立相關(guān)磁路方程組；由于背鐵區(qū)磁導(dǎo)率極大，磁阻可以忽略不計(jì)，因此磁路 方程組具體形式為：
式(1)中，&和A分別為永磁體所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)和導(dǎo)體感應(yīng)電流所建立的磁動(dòng)勢(shì);A和 噚分別為經(jīng)過永磁區(qū)的磁通和經(jīng)過導(dǎo)體區(qū)的有效磁通，其均屬于主磁通;島為相鄰永磁體 磁極之間以及永磁體與其背鐵之間的漏磁通之和；略為導(dǎo)體渦流磁場(chǎng)的磁通量，該漏磁通 經(jīng)由導(dǎo)體、氣隙及永磁體磁極間隙，到達(dá)永磁體背鐵區(qū);尾、瓦和盡分別為永磁體、氣隙和導(dǎo) 體磁阻;巧和％分別為黽和為所對(duì)應(yīng)的磁阻。
[0009] 進(jìn)一步地，步驟S3中永磁體磁動(dòng)勢(shì)巧、主磁通及漏磁通各部分磁阻^、見和芩及馬 和的具體計(jì)算公式分別為：
式(2)~(7)中，:為永磁體材料剩余磁化強(qiáng)度;^、&和^分別為永磁體厚度、氣隙長度 和導(dǎo)體盤厚度;抖和科分別為永磁體材料相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率和真空磁導(dǎo)率;&為等效長方形 永磁體寬度，亦即極弧寬度;1^為等效長方形永磁體長度，亦即沿永磁轉(zhuǎn)子徑向方向永磁體 長度;&為平均極距。
[0010] 進(jìn)一步地，步驟S4中，導(dǎo)體感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)巧具體計(jì)算步驟為： 541、 根據(jù)磁路方程組即式（1)，計(jì)算喝； 542、 計(jì)算在主磁通路徑范圍內(nèi)的導(dǎo)體區(qū)平均磁密巧^及平均感應(yīng)電流密度; 543、 計(jì)算在給定轉(zhuǎn)差率s情況下，導(dǎo)體感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)：
式(9)中，5為導(dǎo)體電導(dǎo)率，為導(dǎo)體盤平均周長，&為轉(zhuǎn)差率,?為渦流聯(lián)軸器主動(dòng)側(cè) 轉(zhuǎn)速。
[0011] 進(jìn)一步地，步驟S41中，根據(jù)式(1)得出霉的計(jì)算公式為：
根據(jù)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是:該種軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器磁路模型的 建模方法，通過在磁路模型中引入導(dǎo)體感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)，并建立相應(yīng)漏磁支路，有 效計(jì)入了感應(yīng)電流對(duì)主磁通的影響。此外，該種軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器磁路模型的建模 方法，充分考慮了具有各種不同形狀橫截面永磁體與本磁路模型所涉及的矩形永磁體之間 的幾何參數(shù)等效變換關(guān)系，同時(shí)計(jì)及了相鄰永磁體磁極之間以及永磁體與其背鐵之間的漏 磁通，所建立的磁路模型更貼近實(shí)際情況。
【附圖說明】
[0012] 圖1是軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是永磁渦流聯(lián)軸器主磁通及漏磁通磁路示意圖； 圖3是本發(fā)明所述的建模方法應(yīng)用于永磁渦流聯(lián)軸器的磁路模型； 圖4是本發(fā)明所述的永磁渦流聯(lián)軸器磁路模型建模方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本專利的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于 被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0014] 如圖1所示，本發(fā)明所述的方法所應(yīng)用于的軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)示意圖； 永磁渦流聯(lián)軸器主要由永磁轉(zhuǎn)子和導(dǎo)體轉(zhuǎn)子兩部分組成，永磁轉(zhuǎn)子由若干對(duì)磁極的永磁體 1及永磁鐵背鐵盤2構(gòu)成，而導(dǎo)體轉(zhuǎn)子由表面光滑的圓環(huán)形銅盤3及導(dǎo)體背鐵盤4構(gòu)成。
[0015] 如圖2所示，實(shí)際的永磁渦流聯(lián)軸器(包含永磁體1、永磁鐵背鐵盤2、銅盤3、導(dǎo)體背 鐵盤4)磁路示意圖，可劃分為主磁通(實(shí)線)及漏磁通(虛線)磁路。
[0016] 如圖3所示，本發(fā)明所述的建模方法應(yīng)用于永磁渦流聯(lián)軸器的磁路模型；其中，巧 和矜分別為永磁體所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)和導(dǎo)體感應(yīng)電流所建立的磁動(dòng)勢(shì);％和喝分別為經(jīng)過永 磁區(qū)的磁通和經(jīng)過導(dǎo)體區(qū)的有效磁通，其均屬于主磁通;鳴為相鄰永磁體磁極之間以及永 磁體與其背鐵之間的漏磁通之和為導(dǎo)體渦流磁場(chǎng)的磁通量，該漏磁通經(jīng)由導(dǎo)體、氣隙及 永磁體磁極間隙，到達(dá)永磁體背鐵區(qū);和芎分別為永磁體、氣隙和導(dǎo)體磁阻;&和& 分別為硌和爲(wèi)所對(duì)應(yīng)的磁阻。
[0017] 如圖4所示，本發(fā)明所述的軸向磁通永磁渦流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法，步驟包 括： S1、根據(jù)所采用永磁體的形狀，確定等效長方形永磁體寬度&和長度^:。
[0018] 本發(fā)明磁路建模過程中假定永磁體橫截面具有長方形幾何形狀，而常用永磁體有 長方形、扇形、梯形和圓形等多種形狀，因此建模時(shí)永磁體形狀參數(shù)應(yīng)該進(jìn)行合理等效。形 狀參數(shù)等效和變換依據(jù)為:橫截面面積相等及厚度相等的永磁體能產(chǎn)生相同磁動(dòng)勢(shì)。因此， 可根據(jù)橫截面面積相等原則，確定不同幾何形狀永磁體的等效長方形永磁鐵寬度K和長度
[0019] S2、根據(jù)對(duì)稱關(guān)系，并計(jì)及導(dǎo)體渦流反應(yīng)場(chǎng)，建立對(duì)應(yīng)于永磁渦流聯(lián)軸器一對(duì)磁極 的1 /2磁路模型，如圖3所示，并建立相關(guān)磁路方程組。
[0020] 由于背鐵區(qū)磁導(dǎo)率極大，磁阻可以忽略不計(jì)，因此磁路方程組具體形式為：
式(1)中，1和6分別為永磁體所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)和導(dǎo)體感應(yīng)電流所建立的磁動(dòng)勢(shì);戽和 噚分別為經(jīng)過永磁區(qū)的磁通和經(jīng)過導(dǎo)體區(qū)的有效磁通，其均屬于主磁通;島為相鄰永磁體 磁極之間以及永磁體與其背鐵之間的漏磁通之和為導(dǎo)體渦流磁場(chǎng)的磁通量，該漏磁通 經(jīng)由導(dǎo)體、氣隙及永磁體磁極間隙，到達(dá)永磁體背鐵區(qū)；％、尾和式分別為永磁體、氣隙和導(dǎo) 體磁阻;巧?_和43分別為爲(wèi)和務(wù)所對(duì)應(yīng)的磁阻。
[0021] S3、根據(jù)永磁渦流聯(lián)軸器設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算永磁體磁動(dòng)勢(shì)&、主磁通磁阻私:、匙和式、 漏磁通磁阻高和*^.。
[0022] 永磁體磁動(dòng)勢(shì)、主磁通及漏磁通各部分磁阻的具體計(jì)算公式分別為：
式(2)~(7)中，M·,為永磁體材料剩余磁化強(qiáng)度;心、^和&分別為永磁體厚度、氣隙長度 和導(dǎo)體盤厚度;爲(wèi)和與分別為永磁體材料相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率和真空磁導(dǎo)率為等效長方形 永磁體寬度，亦即極弧寬度為等效長方形永磁體長度，亦即沿永磁轉(zhuǎn)子徑向方向永磁體 長度為平均極距。
[0023] S4、計(jì)算導(dǎo)體感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)％，其具體步驟為： 541、 根據(jù)磁路方程組即式（1)，計(jì)算喝； 542、 計(jì)算在主磁通路徑范圍內(nèi)的導(dǎo)體區(qū)平均磁密巧,及平均感應(yīng)電流密度; 543、 計(jì)算在給定轉(zhuǎn)差率s情況下，導(dǎo)體感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)：
式(9)中，5為導(dǎo)體電導(dǎo)率為導(dǎo)體盤平均周長，s為轉(zhuǎn)差率，·^為渦流聯(lián)軸器主動(dòng)側(cè) 轉(zhuǎn)速。
[0024] 步驟S41中，根據(jù)式(1)得出考的計(jì)算公式為：
[0025] 以上對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但本發(fā)明并不限于以上描述。對(duì)于本 領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，任何對(duì)本技術(shù)方案的同等修改和替代都是在本發(fā)明的范圍之中。因 此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種軸向磁通永磁滿流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法，其特征在于，包括： 51、 根據(jù)所采用永磁體的形狀，確定等效長方形永磁體寬度福和長度Wm ; 52、 根據(jù)對(duì)稱關(guān)系，并計(jì)及導(dǎo)體滿流反應(yīng)場(chǎng)，建立對(duì)應(yīng)于永磁滿流聯(lián)軸器一對(duì)磁極的1/ 2磁路模型，并建立相關(guān)磁路方程組； 53、 根據(jù)永磁滿流聯(lián)軸器設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算永磁體磁動(dòng)勢(shì)荀、主磁通磁阻韻、馬和 if、漏磁 通磁阻攝和端； 54、 計(jì)算導(dǎo)體感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)巧。2. 如權(quán)利要求1所述的軸向磁通永磁滿流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法，其特征在于，所 述步驟S2中，由于背鐵區(qū)磁導(dǎo)率極大，磁阻可W忽略不計(jì)，因此磁路方程組的具體形式為：(1) 式（1)中，1?和駕分別為永磁體所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)和導(dǎo)體感應(yīng)電流所建立的磁動(dòng)勢(shì);島和 駕分別為經(jīng)過永磁區(qū)的磁通和經(jīng)過導(dǎo)體區(qū)的有效磁通，其均屬于主磁通;竭為相鄰永磁體 磁極之間W及永磁體與其背鐵之間的漏磁通之和；％為導(dǎo)體滿流磁場(chǎng)的磁通量，該漏磁通 經(jīng)由導(dǎo)體、氣隙及永磁體磁極間隙，到達(dá)永磁體背鐵區(qū);幫、瑞和馬分別為永磁體、氣隙和導(dǎo) 體磁阻和瑪3分別為駕?和端.所對(duì)應(yīng)的磁阻。3. 如權(quán)利要求1所述的軸向磁通永磁滿流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法，其特征在于，所 述步驟S3中永磁體磁動(dòng)勢(shì)&、主磁通及漏磁通各部分磁阻瑞、瑪和瑪及邱和碼如勺具體計(jì)算 公式分別為：式(2)~(7)中，心巧3永磁體材料剩余磁化強(qiáng)度;磕、^。和心分別為永磁體厚度、氣隙長度和 導(dǎo)體盤厚度;供和蝴分別為永磁體材料相對(duì)回復(fù)磁導(dǎo)率和真空磁導(dǎo)率;了*為等效長方形永 磁體寬度，亦即極弧寬度;為等效長方形永磁體長度，亦即沿永磁轉(zhuǎn)子徑向方向永磁體長 度;嗎為平均極距。4. 如權(quán)利要求1所述的軸向磁通永磁滿流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法，其特征在于，所 述步驟S4中導(dǎo)體感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)巧具體計(jì)算步驟為： 541、 根據(jù)磁路方程組即式（1)，計(jì)算駕； 542、 計(jì)算在主磁通路徑范圍內(nèi)的導(dǎo)體區(qū)平均磁密及平均感應(yīng)電流密度 543、 計(jì)算在給定轉(zhuǎn)差率S情況下，導(dǎo)體感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)：式(9)中，巧為導(dǎo)體電導(dǎo)率，為導(dǎo)體盤平均周長，S為轉(zhuǎn)差率，.碼為滿流聯(lián)軸器主動(dòng)側(cè)轉(zhuǎn) 速。5. 如權(quán)利要求1所述的軸向磁通永磁滿流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法，其特征在于，所 述步驟S41中，根據(jù)式(1)得出避的計(jì)算公式為：6. 如權(quán)利要求1所述的軸向磁通永磁滿流聯(lián)軸器磁路模型的建模方法，其特征在于，所 述步驟S42中，馬，及的計(jì)算公式分別為：
【文檔編號(hào)】H02K51/00GK106096191SQ201610481409
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】王堅(jiān), 蔣春容, 李宏勝
【申請(qǐng)人】南京工程學(xué)院