[发明专利]一种永磁耦合器轴向力的快速计算方法

说明书

本发明一种永磁耦合器轴向力的快速计算方法属于永磁涡流调速技术领域，涉及一种永磁耦合器轴向力的快速计算方法。该方法充分考虑了永磁耦合器的实际结构，首先根据永磁体的基本尺寸，建立永磁耦合器的等效直线模型，计算永磁耦合器轴向力作用的有效面积；通过永磁耦合器磁力线的路径，计算出路径上的各部分磁阻及泄露磁阻，得到永磁耦合器轴向力作用的有效磁感应强度；根据永磁耦合器轴向力作用的有效能量，得到永磁耦合器轴向力的计算结果。该方法摆脱传统有限元方法的局限性、繁琐性，快速地计算了永磁耦合器正常运行过程中轴向力的大小，大大提高了永磁耦合器轴向力计算速度。在实际工程应用中具有普适性，操作便捷，流程简单。

技术领域

本发明属于永磁涡流调速技术领域，涉及一种永磁耦合器轴向力的快速计算方法。

背景技术

伴随石化、煤电等能源行业的高速发展，能源领域中高速重载装备对其调速装置提出了更高的节能要求。永磁耦合器作为非接触式调速装置，因其运行可靠、寿命长、节能效果显著等特点，可以有效地减少能源消耗和提高经济效益，故而在高速重载装备中得到了广泛地应用。永磁耦合器在装配过程中必须考虑轴向力，否则会导致导体转子和永磁转子在运行时发生轴向窜动，进而影响轴承等连接件的使用寿命，甚至会发生人身伤害等安全事故。现阶段针对永磁耦合器的轴向力的快速计算方法主要是有限元计算，有限元计算方法耗时较长、构建模型结构过程繁琐，操作不够简便。

针对永磁耦合器轴向力的研究，中国煤炭科工集团太原研究院有限公司李建国等人于2016年在《科技创新与生产力》第12期发表了文章《轴向永磁涡流耦合器传动性能分析》，针对永磁耦合器建立了仿真模型，通过有限元计算方法分析了永磁耦合器轴向力随转差变化的规律，该方法仿真建模时简化了永磁耦合器的结构，计算步骤复杂，并且仿真结果受到网格数量、网格类型、步长值等因素的干扰，不能快速地计算永磁耦合器正常运转过程中的轴向力大小。因此，非常有必要提供一种永磁耦合器轴向力的快速计算方法。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的缺陷，发明了一种永磁耦合器轴向力的快速计算方法，其目的是针对高速重载装备所用永磁耦合器的轴向力进行更迅速、更简便的计算，从而确保轴端连接件选型的正确性和永磁耦合器运行的安全性。该方法着眼于永磁耦合器的实际结构，摆脱传统有限元方法的局限性，解决传统方法针对永磁耦合器轴向力计算的不便，大大提高了永磁耦合器轴向力计算速度。该方法在实际工程应用中具有普适性，操作便捷，流程简单。

本发明采用的技术方案是一种永磁耦合器轴向力的快速计算方法，其特征是，该方法充分考虑了永磁耦合器的实际结构，首先根据永磁体的基本尺寸，建立永磁耦合器的等效直线模型，计算永磁耦合器轴向力作用的有效面积；通过永磁耦合器磁力线的路径，计算出路径上的各部分磁阻及泄露磁阻，得到永磁耦合器轴向力作用的有效磁感应强度；根据永磁耦合器轴向力作用的有效能量，得到永磁耦合器轴向力的计算结果。测试方法的具体步骤如下：

第一步、计算永磁耦合器轴向力作用的有效面积

根据永磁体3的基本尺寸，包括永磁体磁极对数p、永磁体内径 rm₁、永磁体外径rm₂、永磁体底宽b₁、永磁顶宽b₂，计算出永磁体 3的平均半径rm₀为：

rm₀＝(rm₁+rm₂)/2 (1)

进一步计算出永磁体3的径向长度L为：

L＝rm₂-rm₁ (2)

为了便于计算和直观理解，将永磁耦合器沿永磁体3的平均半径 rm₀处展开，建立永磁耦合器的等效直线模型，计算出单个永磁体轴向力作用的有效面积S_e为：