一种轴向磁通永磁涡流联轴器磁路模型的建模方法
【专利摘要】本发明提供了一种轴向磁通永磁涡流联轴器磁路模型的建模方法，首先根据所采用永磁体的形状，确定等效长方形永磁体宽度和长度；再根据对称关系，并计及导体涡流反应场，建立对应于永磁涡流联轴器一对磁极的1/2磁路模型；然后根据永磁涡流联轴器设计参数，计算永磁体磁动势、主磁通磁阻、和、漏磁通磁阻和；最后计算导体感应电流所产生的磁动势；建模过程结束。该种轴向磁通永磁涡流联轴器磁路模型的建模方法，通过在磁路模型中引入导体感应电流所产生的磁动势，并建立相应漏磁支路，有效计入了感应电流对主磁通的影响，所建立的磁路模型更贴近实际情况。
【专利说明】
一种轴向磁通永磁涡流联轴器磁路模型的建模方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种轴向磁通永磁涡流联轴器磁路模型的建模方法。
【背景技术】
[0002] 永磁涡流联轴器具备节能效果显著、过程控制精度高等优点，还具有不产生电磁 谐波、减振效果好、总成本低、维护费用低、使用寿命长、过载保护和软启动/软制动等特性， 在诸多工业领域具有广泛的应用前景。
[0003] 目前，永磁涡流联轴器运行特性分析和预测方法主要依靠电磁场计算，通过采用 解析方法或者有限元计算方法求解场域方程，最终得到输出功率、电磁力、电磁转矩等主要 特性参数的计算值。尽管电磁场计算方案所产生的计算结果较为精确，但是，无论是采用解 析法还是有限元法，其建模和计算过程都相当复杂。
[0004] 相比之下，磁路法具有模型简单、计算速度快等优点。但是，在现有包括永磁涡流 联轴器在内的各种电磁设备磁路模型中，通常忽略了感应电流即涡流的存在。忽略感应电 流的主要原因是，很难在磁路模型中有效表述该电流以及其对整体磁路的影响。但是就永 磁涡流联轴器工作原理而言，导体涡流是产生电磁力和电磁转矩的必要条件，磁路模型中 忽略涡流将导致不可避免的计算误差。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种轴向磁通永磁涡流联轴器磁路模型的建模方法，解决现 有技术中存在的无法有效在磁路模型中计及感应电流的影响，从而导致特性参数计算结果 存在较大系统误差的问题。
[0006] 本发明的技术解决方案是： 一种轴向磁通永磁涡流联轴器磁路模型的建模方法，包括： 51、 根据所采用永磁体的形状，确定等效长方形永磁体宽度&和长度％:; 52、 根据对称关系，并计及导体涡流反应场，建立对应于永磁涡流联轴器一对磁极的1/ 2磁路模型，并建立相关磁路方程组； 53、 根据永磁涡流联轴器设计参数，计算永磁体磁动势兄、主磁通磁阻巧、尾和及、漏磁 通磁阻_各和1?; 54、 计算导体感应电流所产生的磁动势巧。
[0007] 进一步地，步骤S1中，根据所采用永磁铁形状确定等效长方形永磁铁宽度K和长 度;本发明磁路模型中假定永磁体横截面具有长方形几何形状，而常用永磁体有长方形、 扇形、梯形和圆形等多种形状，因此建模时永磁体形状参数应该进行合理等效。形状参数等 效和变换依据为:横截面面积相等及厚度相等的永磁体能产生相同磁动势。因此，可根据横 截面面积相等原则，确定不同几何形状永磁体的等效长方形永磁铁宽度％和长度
[0008] 进一步地，步骤S2中，由于对称关系，建立对应于永磁涡流联轴器一对磁极的1/2 磁路模型，并建立相关磁路方程组；由于背铁区磁导率极大，磁阻可以忽略不计，因此磁路 方程组具体形式为：
式(1)中，&和A分别为永磁体所产生的磁动势和导体感应电流所建立的磁动势;A和 噚分别为经过永磁区的磁通和经过导体区的有效磁通，其均属于主磁通;岛为相邻永磁体 磁极之间以及永磁体与其背铁之间的漏磁通之和；略为导体涡流磁场的磁通量，该漏磁通 经由导体、气隙及永磁体磁极间隙，到达永磁体背铁区;尾、瓦和尽分别为永磁体、气隙和导 体磁阻;巧和％分别为黾和為所对应的磁阻。
[0009] 进一步地，步骤S3中永磁体磁动势巧、主磁通及漏磁通各部分磁阻^、見和芩及馬 和的具体计算公式分别为：
式(2)~(7)中，:为永磁体材料剩余磁化强度;^、&和^分别为永磁体厚度、气隙长度 和导体盘厚度;抖和科分别为永磁体材料相对回复磁导率和真空磁导率;&为等效长方形 永磁体宽度，亦即极弧宽度;1^为等效长方形永磁体长度，亦即沿永磁转子径向方向永磁体 长度;&为平均极距。
[0010] 进一步地，步骤S4中，导体感应电流所产生的磁动势巧具体计算步骤为： 541、 根据磁路方程组即式（1)，计算喝； 542、 计算在主磁通路径范围内的导体区平均磁密巧^及平均感应电流密度; 543、 计算在给定转差率s情况下，导体感应电流所产生的磁动势：
式(9)中，5为导体电导率，为导体盘平均周长，&为转差率,?为涡流联轴器主动侧 转速。
[0011] 进一步地，步骤S41中，根据式(1)得出霉的计算公式为：
根据上述技术方案，本发明的有益效果是:该种轴向磁通永磁涡流联轴器磁路模型的 建模方法，通过在磁路模型中引入导体感应电流所产生的磁动势，并建立相应漏磁支路，有 效计入了感应电流对主磁通的影响。此外，该种轴向磁通永磁涡流联轴器磁路模型的建模 方法，充分考虑了具有各种不同形状横截面永磁体与本磁路模型所涉及的矩形永磁体之间 的几何参数等效变换关系，同时计及了相邻永磁体磁极之间以及永磁体与其背铁之间的漏 磁通，所建立的磁路模型更贴近实际情况。
【附图说明】
[0012] 图1是轴向磁通永磁涡流联轴器结构示意图； 图2是永磁涡流联轴器主磁通及漏磁通磁路示意图； 图3是本发明所述的建模方法应用于永磁涡流联轴器的磁路模型； 图4是本发明所述的永磁涡流联轴器磁路模型建模方法流程图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图对本发明的实施进行详细阐述，以使本专利的优点和特征能更易于 被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0014] 如图1所示，本发明所述的方法所应用于的轴向磁通永磁涡流联轴器结构示意图； 永磁涡流联轴器主要由永磁转子和导体转子两部分组成，永磁转子由若干对磁极的永磁体 1及永磁铁背铁盘2构成，而导体转子由表面光滑的圆环形铜盘3及导体背铁盘4构成。
[0015] 如图2所示，实际的永磁涡流联轴器(包含永磁体1、永磁铁背铁盘2、铜盘3、导体背 铁盘4)磁路示意图，可划分为主磁通(实线)及漏磁通(虚线)磁路。
[0016] 如图3所示，本发明所述的建模方法应用于永磁涡流联轴器的磁路模型；其中，巧 和矜分别为永磁体所产生的磁动势和导体感应电流所建立的磁动势;％和喝分别为经过永 磁区的磁通和经过导体区的有效磁通，其均属于主磁通;鸣为相邻永磁体磁极之间以及永 磁体与其背铁之间的漏磁通之和为导体涡流磁场的磁通量，该漏磁通经由导体、气隙及 永磁体磁极间隙，到达永磁体背铁区;和芎分别为永磁体、气隙和导体磁阻;&和& 分别为硌和爲所对应的磁阻。
[0017] 如图4所示，本发明所述的轴向磁通永磁涡流联轴器磁路模型的建模方法，步骤包 括： S1、根据所采用永磁体的形状，确定等效长方形永磁体宽度&和长度^:。
[0018] 本发明磁路建模过程中假定永磁体横截面具有长方形几何形状，而常用永磁体有 长方形、扇形、梯形和圆形等多种形状，因此建模时永磁体形状参数应该进行合理等效。形 状参数等效和变换依据为:横截面面积相等及厚度相等的永磁体能产生相同磁动势。因此， 可根据横截面面积相等原则，确定不同几何形状永磁体的等效长方形永磁铁宽度K和长度
[0019] S2、根据对称关系，并计及导体涡流反应场，建立对应于永磁涡流联轴器一对磁极 的1 /2磁路模型，如图3所示，并建立相关磁路方程组。
[0020] 由于背铁区磁导率极大，磁阻可以忽略不计，因此磁路方程组具体形式为：
式(1)中，1和6分别为永磁体所产生的磁动势和导体感应电流所建立的磁动势;戽和 噚分别为经过永磁区的磁通和经过导体区的有效磁通，其均属于主磁通;岛为相邻永磁体 磁极之间以及永磁体与其背铁之间的漏磁通之和为导体涡流磁场的磁通量，该漏磁通 经由导体、气隙及永磁体磁极间隙，到达永磁体背铁区；％、尾和式分别为永磁体、气隙和导 体磁阻;巧?_和43分别为爲和务所对应的磁阻。
[0021] S3、根据永磁涡流联轴器设计参数，计算永磁体磁动势&、主磁通磁阻私:、匙和式、 漏磁通磁阻高和*^.。
[0022] 永磁体磁动势、主磁通及漏磁通各部分磁阻的具体计算公式分别为：
式(2)~(7)中，M·,为永磁体材料剩余磁化强度;心、^和&分别为永磁体厚度、气隙长度 和导体盘厚度;爲和與分别为永磁体材料相对回复磁导率和真空磁导率为等效长方形 永磁体宽度，亦即极弧宽度为等效长方形永磁体长度，亦即沿永磁转子径向方向永磁体 长度为平均极距。
[0023] S4、计算导体感应电流所产生的磁动势％，其具体步骤为： 541、 根据磁路方程组即式（1)，计算喝； 542、 计算在主磁通路径范围内的导体区平均磁密巧,及平均感应电流密度; 543、 计算在给定转差率s情况下，导体感应电流所产生的磁动势：
式(9)中，5为导体电导率为导体盘平均周长，s为转差率，·^为涡流联轴器主动侧 转速。
[0024] 步骤S41中，根据式(1)得出考的计算公式为：
[0025] 以上对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但本发明并不限于以上描述。对于本 领域的技术人员而言，任何对本技术方案的同等修改和替代都是在本发明的范围之中。因 此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。
【主权项】
1. 一种轴向磁通永磁满流联轴器磁路模型的建模方法，其特征在于，包括： 51、 根据所采用永磁体的形状，确定等效长方形永磁体宽度福和长度Wm ; 52、 根据对称关系，并计及导体满流反应场，建立对应于永磁满流联轴器一对磁极的1/ 2磁路模型，并建立相关磁路方程组； 53、 根据永磁满流联轴器设计参数，计算永磁体磁动势荀、主磁通磁阻韻、馬和 if、漏磁 通磁阻攝和端； 54、 计算导体感应电流所产生的磁动势巧。2. 如权利要求1所述的轴向磁通永磁满流联轴器磁路模型的建模方法，其特征在于，所 述步骤S2中，由于背铁区磁导率极大，磁阻可W忽略不计，因此磁路方程组的具体形式为：(1) 式（1)中，1?和驾分别为永磁体所产生的磁动势和导体感应电流所建立的磁动势;岛和 驾分别为经过永磁区的磁通和经过导体区的有效磁通，其均属于主磁通;竭为相邻永磁体 磁极之间W及永磁体与其背铁之间的漏磁通之和；％为导体满流磁场的磁通量，该漏磁通 经由导体、气隙及永磁体磁极间隙，到达永磁体背铁区;帮、瑞和馬分别为永磁体、气隙和导 体磁阻和瑪3分别为驾?和端.所对应的磁阻。3. 如权利要求1所述的轴向磁通永磁满流联轴器磁路模型的建模方法，其特征在于，所 述步骤S3中永磁体磁动势&、主磁通及漏磁通各部分磁阻瑞、瑪和瑪及邱和码如勺具体计算 公式分别为：式(2)~(7)中，心巧3永磁体材料剩余磁化强度;磕、^。和心分别为永磁体厚度、气隙长度和 导体盘厚度;供和蝴分别为永磁体材料相对回复磁导率和真空磁导率;了*为等效长方形永 磁体宽度，亦即极弧宽度;为等效长方形永磁体长度，亦即沿永磁转子径向方向永磁体长 度;吗为平均极距。4. 如权利要求1所述的轴向磁通永磁满流联轴器磁路模型的建模方法，其特征在于，所 述步骤S4中导体感应电流所产生的磁动势巧具体计算步骤为： 541、 根据磁路方程组即式（1)，计算驾； 542、 计算在主磁通路径范围内的导体区平均磁密及平均感应电流密度 543、 计算在给定转差率S情况下，导体感应电流所产生的磁动势：式(9)中，巧为导体电导率，为导体盘平均周长，S为转差率，.码为满流联轴器主动侧转 速。5. 如权利要求1所述的轴向磁通永磁满流联轴器磁路模型的建模方法，其特征在于，所 述步骤S41中，根据式(1)得出避的计算公式为：6. 如权利要求1所述的轴向磁通永磁满流联轴器磁路模型的建模方法，其特征在于，所 述步骤S42中，马，及的计算公式分别为：
【文档编号】H02K51/00GK106096191SQ201610481409
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】王坚, 蒋春容, 李宏胜
【申请人】南京工程学院