一种磁力耦合装置的结构参数优化方法与流程

1.本发明涉及磁力耦合技术领域，具体地说是一种磁力耦合装置的结构参数优化方法。


背景技术：

2.在动力传递的过程中，会遇到泄露的问题，为了彻底消除这个问题，通常都通过磁力耦合装置来对原动力装置的替代，这就需要磁力耦合装置提供足够的磁转矩。
3.但要提供足够的磁转矩，现有技术通常都需要大幅增加磁力耦合装置内永磁体的体积，从而使生产和维护成本提升。
4.基于以上原因，本发明设计了一种磁力耦合装置的结构参数优化方法，在保证足够磁转矩的条件下以及磁力耦合部分的结构参数在装配与加工允许的范围内对永磁体总体积进行优化，使磁力耦合部分结构更加紧凑，永磁体的使用材料最少化，减小永磁体使用的成本。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种磁力耦合装置的结构参数优化方法，在保证足够磁转矩的条件下以及磁力耦合部分的结构参数在装配与加工允许的范围内对永磁体总体积进行优化，使磁力耦合部分结构更加紧凑，永磁体的使用材料最少化，减小永磁体使用的成本。
6.为了达到上述目的，本发明提供一种磁力耦合装置的结构参数优化方法，一种磁力耦合装置的结构参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.s1-1：建立磁力耦合三维参数化模型，在有限元分析软件中对内轭铁、内磁体、外磁体和外轭铁定义材料属性，边界条件设置，网格设置和输出参数设置，输出参数为磁力耦合部分工作过程中所能传递的最大磁转矩；
8.s1-2：在优化分析软件中定义优化目标，优化变量以及约束条件并进行优化分析后进行参数输出，优化目标设置为磁力耦合部分永磁体体积最小化，优化变量设置为磁力耦合各部分参数，约束条件设置为传递磁转矩大于等于设定值；
9.优化变量具体为永磁体长度h、外轭铁外径oyo、外轭铁厚度oy、外磁体厚度om、气隙长度tg、内磁体厚度im和内轭铁厚度iy；
10.s1-3：将永磁体长度h、外轭铁外径oyo、外轭铁厚度oy、外磁体厚度om、内磁体厚度im和内轭铁厚度iy限制在实际加工与安装条件下允许的取值范围，气隙长度tg设置为定值；
11.s1-4：在优化分析软件中插入有限元分析软件模块和excel模块，并导入优化变量和优化目标；
12.s1-5：在优化分析软件中调用优化模块，设置迭代次数和收敛条件，设置优化变量的初始值以及允许的变化范围，设置约束条件大于设定值，设置优化目标为永磁体总体积
最小化；
13.s1-6：定义各优化模块之间变量的数据流，使得各模块之间的变量可以互通；
14.s1-7：进行优化分析，得到满足约束条件以及优化目标条件下最优的磁力耦合部分优化变量的配置方式。
15.有限元分析软件为ansys workbench maxwell 3d软件。
16.优化分析软件为isight软件。
17.优化分析软件中优化模块的优化方法为hooke-jeeves。
18.同现有技术相比，本发明通过有限元分析软件和优化分析软件进行三维参数化模型设计将永磁体的各项物理参数进行优化分析，使磁力耦合部分工作过程中所能传递的磁转矩最大化，使得磁力耦合部分结构更加紧凑，减小永磁体使用的成本。
附图说明
19.图1为本发明磁力耦合部分结构组成示意图一。
20.图2为本发明磁力耦合部分结构组成示意图二。
21.图3为本发明磁力耦合部分结构俯视示意图。
22.图4为本发明优化结果示意图。
23.附图标记说明：
24.1是内轭铁，2是内磁体，3是外磁体，4是外轭铁。
具体实施方式
25.现结合附图对本发明做进一步描述。
26.参见图1～4，本发明提供了一种磁力耦合装置的结构参数优化方法，一种磁力耦合装置的结构参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
27.s1-1：建立磁力耦合三维参数化模型，在有限元分析软件中对内轭铁1、内磁体2、外磁体3和外轭铁4定义材料属性，边界条件设置，网格设置和输出参数设置，输出参数为磁力耦合部分工作过程中所能传递的最大磁转矩；
28.s1-2：在优化分析软件中定义优化目标，优化变量以及约束条件并进行优化分析后进行参数输出，优化目标设置为磁力耦合部分永磁体体积最小化，优化变量设置为磁力耦合各部分参数，约束条件设置为传递磁转矩大于等于设定值；
29.优化变量具体为永磁体长度h、外轭铁外径oyo、外轭铁厚度oy、外磁体厚度om、气隙长度tg、内磁体厚度im和内轭铁厚度iy；
30.s1-3：将永磁体长度h、外轭铁外径oyo、外轭铁厚度oy、外磁体厚度om、内磁体厚度im和内轭铁厚度iy限制在实际加工与安装条件下允许的取值范围，气隙长度tg设置为定值；
31.s1-4：在优化分析软件中插入有限元分析软件模块和excel模块，并导入优化变量和优化目标；
32.s1-5：在优化分析软件中调用优化模块，设置迭代次数和收敛条件，设置优化变量的初始值以及允许的变化范围，设置约束条件大于设定值，设置优化目标为永磁体总体积最小化；
33.s1-6：定义各优化模块之间变量的数据流，使得各模块之间的变量可以互通；
34.s1-7：进行优化分析，得到满足约束条件以及优化目标条件下最优的磁力耦合部分优化变量的配置方式。
35.有限元分析软件为ansys workbench maxwell 3d软件。
36.优化分析软件为isight软件。
37.优化分析软件中优化模块的优化方法为hooke-jeeves。
38.实施例：
39.如图1～图4所示，首先打开ansys workbench maxwell 3d软件，定义所需要优化的永磁体的内轭铁1、内磁体2、外磁体3和外轭铁4材料属性，例如316l不锈钢、低碳钢和钕铁硼，定义边界条件、网格设置和输出参数设置，因为所需要得到的是磁转矩，因此将输出的参数设定为需要得到最大的磁转矩，基于上述对永磁体主要物理结构的设定，再打开isight软件，设置所要优化的目标为磁力耦合部分永磁体体积最小化，这里与磁转矩的最大化相互对应形成本技术所要实现的技术效果，再将所要优化的变量设定为永磁体长度h、外轭铁外径oyo、外轭铁厚度oy、外磁体厚度om、气隙长度tg、内磁体厚度im和内轭铁厚度iy，其中永磁体长度h、外轭铁外径oyo、外轭铁厚度oy、外磁体厚度om、内磁体厚度im和内轭铁厚度iy限制在实际加工与安装条件下允许的取值范围，气隙长度tg设定为固定值，然后再将之前ansys workbench maxwell 3d软件中设定对永磁体的内轭铁1、内磁体2、外磁体3和外轭铁4的分析模块和excel模块插入到isight软件中，利用isight软件中的模式搜索法(hooke-jeeves)设置迭代次数和收敛条件，设置优化变量的初始值以及允许的变化范围，设置约束条件大于设定值，设置优化目标为永磁体总体积最小化，将定义各优化模块之间变量的数据流，使得各模块之间的变量可以互通，最后开始进行优化分析，得到满足约束条件以及优化目标条件下最优的磁力耦合部分优化变量的配置方式，得到既满足磁转矩最大化且磁力耦合部分永磁体体积最小化的效果。
40.其中，h为永磁体长度，oyo为外轭铁外径，oy为外轭铁厚度，om为外磁体厚度，tg为气隙长度，im为内磁体厚度，iy为内轭铁厚度。
41.以上仅是本发明的优选实施方式，只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
42.本发明从整体上解决了现有技术中用磁力耦合装置替代原动力装置导致的永磁体体积大成本高的问题，通过对永磁体各项物理数据的分析和建模设计，找出可以传递出最大磁转矩的优化模型和参数，使永磁体总体积最小化磁转矩最大化，实现结构紧凑及成本下降的效果。