一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿真方法与流程

本发明属于结构件结构变形分析，尤其涉及一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿真方法。

背景技术：

1、同轴磁性齿轮是一种能够提供不接触变速传动功能的新型磁性机构，具有高功率密度、低振动噪声、过载保护等优点。将同轴磁性齿轮应用于空气涡轮起动机以代替传统的行星齿轮传动机构，契合空气涡轮起动机小型化、轻量化的发展趋势。其中定子铁心作为同轴磁性齿轮中最关键的部件，其结构的稳定性不仅关系着磁性齿轮的工作性能更直接与安全挂钩。定子铁心在工作过程中需要承受内、外转子永磁体施加在其上的切向和径向磁力矩，当两侧的拉力合力不为零，即出现不平衡磁拉力时，会对定子铁心的结构稳定行造成影响，应当将其紧固在端盖上，保证其具有较高的机械强度。

2、在同轴磁性齿轮设计之初，为保证内转子表贴式永磁体在高速旋转过程中不发生脱落，在内转子永磁体外表面绑扎了厚度为2.5mm的碳纤维护套，这直接导致了同轴磁性齿轮定子铁心受到来自内转子永磁体的径向磁拉力减小，内、外两侧径向磁拉力难以保持平衡，定子铁心出现向外转子侧扩张的趋势。已有的紧固方式将不足以阻止定子铁心的结构变形，因此设计时需要对于其结构强度进行可靠的分析以保证磁性齿轮工作的可靠性和寿命。

3、然而，基于传统有限元单物理场的仿真方法，无论是结构场仿真还是磁场仿真都不足以完整、准确的描述磁性齿轮定子铁心的结构变形，更不能满足其结构性能分析以及后续的结构优化需求。

技术实现思路

1、鉴于上述分析，本发明实施例旨在提供一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿真方法，尤其涉及一种面向磁性齿轮的基于电磁-结构耦合模型的定子铁心变形量的分析方法。具体讲，是区别于传统单物理场有限元的仿真，涉及结构场和磁场两个物理场的耦合仿真方法，能够增强结构的安全性和可靠性，并且为后续的优化设计提供支撑和明确方向。

2、本发明的一种同轴磁性齿轮的定子变形量的分析方法，包括以下步骤：

3、步骤1、建立同轴磁性齿轮的三维模型；

4、步骤2、建立同轴磁性齿轮的磁场边界条件；

5、步骤3、对同轴磁性齿轮进行磁场网格划分；

6、步骤4、对磁性齿轮的定子铁心的磁场进行有限元仿真，获得定子铁心电磁拉力的仿真结果；

7、步骤5、构建将定子铁心的定子铁心组件的结构场；将步骤4获得磁场仿真结果作为结构场的边界条件施加与结构场；

8、步骤6、对耦合了边界条件的结构场进行网格划分获得磁性齿轮的内气隙和/或外气隙非均匀度与定子铁心的结构变形的变形关系；由所述变形关系获得同轴磁性齿轮的定子变形量。

9、可选地，步骤3进行磁场网格划分时，在内气隙和外气隙处的网格进行加密处理。

10、可选地，定子铁心电磁拉力的表达式为：

11、

12、

13、其中，fr和ft为定子铁心受到的径向和切向电磁拉力，l为同轴磁性齿轮轴向长度，br和bt为定子铁心的径向和切向磁通密度，μ0为空气磁导率，r为定子铁心子半径。

14、可选地，步骤5中，将步骤4获得的定子铁心受到的径向电磁拉力和切向电磁拉力作为施加于结构场的边界条件。

15、与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

16、(1)本发明的方法将结构场和磁场的耦合分析，能够可靠的分析定子铁心的结构变形。

17、(2)本发明的方法结合将同轴磁性齿轮内外气隙非均匀度与定子铁心的变形量，通过结构场和磁场的耦合仿真析，能够可靠的分析定子铁心的结构变形，获得定子铁心的准确变形量。

技术特征：

1.一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，步骤3进行磁场网格划分时，在内气隙和外气隙处的网格进行加密处理。

3.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，定子铁心电磁拉力的表达式为：

4.根据权利要求3所述的仿真方法，其特征在于，步骤5中，将步骤4获得的定子铁心受到的径向电磁拉力和切向电磁拉力作为施加于结构场的边界条件。

技术总结
本发明涉及一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿真方法，属于结构件结构变形分析技术领域。本发明的仿真方法将同轴磁性齿轮内外气隙非均匀度与定子铁心的变形量结合，通过结构场和磁场的耦合仿真，能够可靠的分析定子铁心的结构变形，获得定子铁心的准确变形量。

技术研发人员：闫欢松,周煜,何荣辉,张奇,武顺天
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13