永磁渦流耦合器磁場(chǎng)解析模型與轉(zhuǎn)矩特性研究.pdf

1、永磁渦流耦合器實(shí)現(xiàn)的是一種無(wú)機(jī)械接觸的動(dòng)力傳遞方式，它通過(guò)永磁體轉(zhuǎn)子形成的氣隙磁場(chǎng)與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)渦流并反過(guò)來(lái)與氣隙磁場(chǎng)相互作用，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以傳遞動(dòng)力。由于永磁渦流耦合器具有非接觸式傳動(dòng)的特點(diǎn)，因此能克服傳統(tǒng)的機(jī)械接觸式動(dòng)力傳遞方式固有的缺陷，如安裝時(shí)要求較高的對(duì)中精度、無(wú)法隔離有害振動(dòng)、不具備過(guò)載保護(hù)功能以及對(duì)較大負(fù)載無(wú)法直接啟動(dòng)等，同時(shí)也能很好解決隔離環(huán)境下動(dòng)力傳動(dòng)所面臨的“動(dòng)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(duì)現(xiàn)有的永磁渦流耦合器轉(zhuǎn)矩密度和動(dòng)態(tài)性能的要求在不斷提高；在研究和設(shè)計(jì)時(shí)，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(jì)周期較長(zhǎng)以及需要計(jì)算機(jī)資源較多的問(wèn)題。
　　本文的工作圍繞永磁渦流耦合器的解析模型展開(kāi)，分別對(duì)具有新型磁極結(jié)構(gòu)和具有磁場(chǎng)調(diào)制式開(kāi)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(duì)不同磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的永磁渦流耦合器磁場(chǎng)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(jì)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(duì)實(shí)心導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和開(kāi)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(chǎng)控制方程，并給出與導(dǎo)體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對(duì)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(duì)其在永磁渦流耦合器中的磁場(chǎng)分布進(jìn)行了解析計(jì)算和參數(shù)分析。在對(duì)矢量磁位諧波系數(shù)的確

4、定過(guò)程中考慮了不同介質(zhì)交界面處的邊界條件，得到的磁場(chǎng)分布結(jié)果反映了渦流感應(yīng)磁場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的耦合影響。對(duì)磁場(chǎng)分布和轉(zhuǎn)矩計(jì)算的計(jì)算結(jié)果和非線性有限元模型的驗(yàn)證計(jì)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(duì)轉(zhuǎn)子鐵芯的依賴(lài)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(chǎng)調(diào)制式開(kāi)槽導(dǎo)體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁渦流耦合器磁場(chǎng)的通用解析模型。通過(guò)將永磁體區(qū)域等效為時(shí)諧場(chǎng)激勵(lì)源，使運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體渦

5、流場(chǎng)的解析計(jì)算成為可能。通過(guò)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(chǎng)分布解析結(jié)果考慮了渦流感應(yīng)場(chǎng)對(duì)氣隙磁場(chǎng)的耦合影響、輻條/導(dǎo)條之間的相互影響以及時(shí)間諧波、氣隙空間諧波和齒槽諧波對(duì)氣隙磁場(chǎng)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(jì)算結(jié)果產(chǎn)生偏差的主要原因?；趯?duì)偏差形成原因的分析，本文針對(duì)徑向磁通型永磁渦流耦合器，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(duì)結(jié)果的影響，