永磁渦流耦合器磁場解析模型與轉(zhuǎn)矩特性研究.pdf

1、永磁渦流耦合器實現(xiàn)的是一種無機(jī)械接觸的動力傳遞方式，它通過永磁體轉(zhuǎn)子形成的氣隙磁場與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子發(fā)生相對運(yùn)動，在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)渦流并反過來與氣隙磁場相互作用，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以傳遞動力。由于永磁渦流耦合器具有非接觸式傳動的特點(diǎn)，因此能克服傳統(tǒng)的機(jī)械接觸式動力傳遞方式固有的缺陷，如安裝時要求較高的對中精度、無法隔離有害振動、不具備過載保護(hù)功能以及對較大負(fù)載無法直接啟動等，同時也能很好解決隔離環(huán)境下動力傳動所面臨的“動密封”難題，具有諸多優(yōu)點(diǎn)和極

2、大的工業(yè)應(yīng)用潛力。隨著永磁渦流耦合原理在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大，對現(xiàn)有的永磁渦流耦合器轉(zhuǎn)矩密度和動態(tài)性能的要求在不斷提高；在研究和設(shè)計時，目前主要采用有限元方法進(jìn)行分析和優(yōu)化，存在設(shè)計周期較長以及需要計算機(jī)資源較多的問題。
　　本文的工作圍繞永磁渦流耦合器的解析模型展開，分別對具有新型磁極結(jié)構(gòu)和具有磁場調(diào)制式開槽導(dǎo)體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁渦流耦合器進(jìn)行分析，系統(tǒng)性的提出了針對不同磁場結(jié)構(gòu)的永磁渦流耦合器磁場分布和轉(zhuǎn)矩特性的解析模型，為永磁

3、渦流耦合器性能的改善奠定基礎(chǔ)，并為進(jìn)一步的研究和設(shè)計優(yōu)化提供了一種快速準(zhǔn)確的工具。具體內(nèi)容包括：
　　首先針對實心導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和開槽導(dǎo)體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分別給出相應(yīng)的解析建模方法，基于Maxwell方程組推導(dǎo)出相應(yīng)區(qū)域的磁準(zhǔn)靜態(tài)場控制方程，并給出與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對應(yīng)的永磁體區(qū)域等效建模方法。
　　其次，建立了極間隔斷的三段式 Halbach陣列的解析模型，并對其在永磁渦流耦合器中的磁場分布進(jìn)行了解析計算和參數(shù)分析。在對矢量磁位諧波系數(shù)的確

4、定過程中考慮了不同介質(zhì)交界面處的邊界條件，得到的磁場分布結(jié)果反映了渦流感應(yīng)磁場對氣隙磁場的耦合影響。對磁場分布和轉(zhuǎn)矩計算的計算結(jié)果和非線性有限元模型的驗證計算證明了改進(jìn)的磁極結(jié)構(gòu)能提升氣隙磁通密度的基波幅值，減小永磁體對轉(zhuǎn)子鐵芯的依賴并且提升轉(zhuǎn)矩密度。分析了解析結(jié)果偏差形成的原因，并給出了有效的解決辦法。
　　再次，建立了磁場調(diào)制式開槽導(dǎo)體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁渦流耦合器磁場的通用解析模型。通過將永磁體區(qū)域等效為時諧場激勵源，使運(yùn)動導(dǎo)體渦

5、流場的解析計算成為可能。通過各區(qū)域耦合邊界條件確定了諧波系數(shù)的表達(dá)式，因此得到的磁場分布解析結(jié)果考慮了渦流感應(yīng)場對氣隙磁場的耦合影響、輻條/導(dǎo)條之間的相互影響以及時間諧波、氣隙空間諧波和齒槽諧波對氣隙磁場分布的影響。發(fā)現(xiàn)了徑向磁通模型特有的渦流聚集現(xiàn)象，提出三維幾何效應(yīng)和曲率效應(yīng)是解析模型計算結(jié)果產(chǎn)生偏差的主要原因?；趯ζ钚纬稍虻姆治觯疚尼槍较虼磐ㄐ陀来艤u流耦合器，進(jìn)一步建立了極坐標(biāo)系下的解析模型，消除了曲率效應(yīng)對結(jié)果的影響，