[发明专利]一种永磁涡流联轴器电磁转矩三维解析计算方法

说明书

本发明提供一种永磁涡流联轴器电磁转矩三维解析计算方法，基于子域法电磁场计算模型，首先在直角坐标系下将永磁涡流联轴器等效为永磁阵列、气隙、导体和导体背铁4个子域；然后计算导体和导体背铁场域磁矢势表达式中与谐波次数相关的各系数的具体形式；最后得到在给定气隙和转差率大小下的电磁转矩数值。本发明方法有效模拟了导体和导体背铁中的三维涡流路径，所建立的三维电磁场计算模型贴近实际情况，能够精确并快速预测各种拓扑结构的永磁涡流联轴器在不同转差速度、气隙等工况条件下的电磁转矩大小。

技术领域

本发明涉及一种永磁涡流联轴器电磁转矩三维解析计算方法，属于运动导体涡流分析技术领域。

背景技术

永磁涡流联轴器具有不产生电磁谐波、减振效果好、总成本低、维护费用低、使用寿命长等特性，在诸多工业领域具有广泛的应用前景。永磁涡流联轴器主要由永磁转子和导体转子两部分组成，其中导体转子主要由铜层及背铁层构成，永磁转子主要由永磁阵列及其背铁构成。永磁涡流联轴器通常将永磁转子与负载轴连接，将导体转子与电动机转轴连接，转矩由电动机侧通过气隙中的电磁场传递至负载端，从而实现无接触转矩传递。

对永磁涡流联轴器进行转矩预测，目前主要采用有限元方法和解析计算方法。但是，有限元法在求解永磁涡流联轴器运动导体涡流问题过程中存在耗时长、数值解可能产生振荡乃至不收敛、高转差速度情况下计算误差较大等缺点，因此有限元方法更适于用作一种验证手段。相比之下，解析模型具有物理意义明晰、计算耗时少和低计算机资源需求等优点。因此，在永磁涡流联轴器的设计和优化阶段更适合采用解析方法进行分析。

专利ZL 201610303303.X提出了一种轴向磁通永磁涡流联轴器电磁转矩二维解析算法，通过确定导体及其背铁在二维场域磁矢势表达式中与谐波次数相关的各系数具体形式，并计算计及实际三维涡流路径的涡流横向效应修正因子，在此基础上得到电磁转矩。实际应用过程中，基于二维电磁场分析的电磁转矩解析算法尽管分析模型简单，但是存在计算准备过程复杂、步骤繁琐等问题，以及二维解析算法未能完全解决高转差速度情况下转矩计算结果与实际值偏差较大的问题。要解决以上问题，需要对永磁涡流联轴器中三维物理场进行准确描述并有效求解，并实施基于三维电磁场解析表述的电磁转矩计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁涡流联轴器电磁转矩三维解析计算算法，解决现有技术中存在的计算准备过程复杂、步骤繁琐、高转差速度情况下转矩计算结果与实际值偏差较大的问题，从而实现对各种拓扑结构的永磁涡流联轴器在不同转差速度、气隙等工况条件下的电磁转矩的精确预测。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明实施例提供一种永磁涡流联轴器电磁转矩三维解析计算方法，包括：

建立永磁涡流联轴器在直角坐标下的三维场域几何模型，并分析所建立的三维场域几何模型的尺寸；

确定所述三维场域几何模型中导体内谐波磁矢势和导体背铁内谐波磁矢势；

根据所述导体内谐波磁矢势和导体背铁内谐波磁矢势，以及所述三维场域几何模型的尺寸，确定给定气隙和转差率大小下的永磁涡流联轴器电磁转矩。

进一步的，所述建立永磁涡流联轴器在直角坐标下的三维场域几何模型，包括：

选取1对磁极的永磁涡流联轴器作为建模对象；

将永磁涡流联轴器划分为永磁阵列、气隙、导体和导体背铁4个子域；

按照厚度和体积不变的原则，将永磁阵列、气隙、导体和导体背铁依次等效为直角坐标下的长方体几何模型。

进一步的，所述分析所建立的三维场域几何模型的尺寸，包括：

在x轴方向对应盘式和筒式永磁涡流联轴器的周向，模型在的x轴方向的尺寸大小为2τ_p，τ_p为极距；