永磁渦流耦合器磁場解析模型與轉矩特性研究.pdf

1、永磁渦流耦合器實現(xiàn)的是一種無機械接觸的動力傳遞方式，它通過永磁體轉子形成的氣隙磁場與導體轉子發(fā)生相對運動，在導體內部產生感應渦流并反過來與氣隙磁場相互作用，從而產生轉矩以傳遞動力。由于永磁渦流耦合器具有非接觸式傳動的特點，因此能克服傳統(tǒng)的機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、不具備過載保護功能以及對較大負載無法直接啟動等，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)點和極

2、大的工業(yè)應用潛力。隨著永磁渦流耦合原理在工業(yè)領域的應用逐漸擴大，對現(xiàn)有的永磁渦流耦合器轉矩密度和動態(tài)性能的要求在不斷提高；在研究和設計時，目前主要采用有限元方法進行分析和優(yōu)化，存在設計周期較長以及需要計算機資源較多的問題。
　　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構和具有磁場調制式開槽導體轉子結構的永磁渦流耦合器進行分析，系統(tǒng)性的提出了針對不同磁場結構的永磁渦流耦合器磁場分布和轉矩特性的解析模型，為永磁

3、渦流耦合器性能的改善奠定基礎，并為進一步的研究和設計優(yōu)化提供了一種快速準確的工具。具體內容包括：
　　首先針對實心導體轉子和開槽導體轉子結構分別給出相應的解析建模方法，基于Maxwell方程組推導出相應區(qū)域的磁準靜態(tài)場控制方程，并給出與導體轉子結構對應的永磁體區(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交界面處的邊界條件，得到的磁場分布結果反映了渦流感應磁場對氣隙磁場的耦合影響。對磁場分布和轉矩計算的計算結果和非線性有限元模型的驗證計算證明了改進的磁極結構能提升氣隙磁通密度的基波幅值，減小永磁體對轉子鐵芯的依賴并且提升轉矩密度。分析了解析結果偏差形成的原因，并給出了有效的解決辦法。
　　再次，建立了磁場調制式開槽導體轉子結構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，使運動導體渦

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)的表達式，因此得到的磁場分布解析結果考慮了渦流感應場對氣隙磁場的耦合影響、輻條/導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，提出三維幾何效應和曲率效應是解析模型計算結果產生偏差的主要原因。基于對偏差形成原因的分析，本文針對徑向磁通型永磁渦流耦合器，進一步建立了極坐標系下的解析模型，消除了曲率效應對結果的影響，