[发明专利]挖槽型磁力调速器由最优开槽比计算输出转矩的方法

权利要求书

1.一种挖槽型磁力调速器由最优开槽比计算输出转矩的方法，其特征是，该方法首先充分考虑挖槽型磁力调速器的工作原理和导体盘的结构特点，构建导体盘模型，分析输出转矩的组成，得到磁力转矩和齿槽转矩的表达式；然后，依据结构模型建立等效磁路，计算各部分磁阻大小；通过磁路分析以及基尔霍夫定律，得到挖槽型磁力调速器导体盘表面磁感应强度大小；计算最优开槽比，确定开槽方案；最后根据洛伦兹力定律、欧姆定律，对磁力转矩和齿槽转矩的表达式进行化简，最终得到挖槽型磁力调速器的输出转矩的简化计算表达式；方法的具体步骤如下：

第一步构建导体盘模型，分析输出转矩组成；

构建导体盘模型，基于挖槽型磁力调速器导体盘齿槽条状分布的特点，将挖槽型磁力调速器的输出转矩分为两部分，分别为磁力转矩和齿槽转矩；磁力转矩是导体盘中涡流受到导体盘表面磁场的影响形成的转矩，齿槽转矩是圆周方向上由于导体盘开槽后材料分布不均而形成的转矩；其计算公式为：

其中，T₁为导体盘磁力转矩，T₂为齿槽转矩，F_i为洛伦兹力，l_i为等效磁力作用长度，W为电磁储能，θ为磁共能位置角；

第二步计算磁阻与导体盘表面磁感应强度大小；

基于磁力调速器的工作原理，构建等效磁路模型；对磁路中的导体盘磁阻R_c、永磁体磁阻R_m、气隙磁阻R_g、和背铁磁阻R_d分别进行分析；磁阻计算公式为：

式中，μ₀,μ₁,μ₂,μ₃分别为气隙，导体盘，永磁体，背铁的相对磁导率，n为导体盘齿槽数，r₁为导体盘齿槽内径，r₂为导体盘齿槽外径，S₁为背铁在磁场中的有效面积，α为导体盘中齿槽与铜材料的比例，即开槽比，ε为永磁体盘磁极占比，d₁为磁体磁路的有效长度，s_d为气隙宽度，s_c为导体盘厚度，s_m为永磁体盘的厚度；

根据磁阻的计算公式，得出挖槽型磁力调速器导体盘表面的磁感应强度B的大小；计算公式为：

R＝R_d+2R_m+2R_g (7)

式中，R为磁阻之和，F为永磁体的磁动势，S₂为气隙的有效面积；

第三步简化各部分转矩表达式；

由上述分析可知，磁力调速器输出转矩的结果计算较为繁琐，齿槽转矩计算结果为非稳态，难以给出特定数值；对其计算过程进行简化处理，简化计算公式为：

T₁₀＝nF₁₀l₁₀ (9)

其中：

F₁₀＝BIl₂ (11)

l₂＝(r₂-r₁) (12)

将式(10)到(12)代入式(9)，最终可得磁力转矩T₁₀和齿槽转矩T₂₀的简化表达式为：

T₂₀＝0 (14)

式中，n为导体盘齿槽数，F₁₀为简化后的洛伦兹力，l₁₀为简化后的等效磁力作用长度表达，r₁为导体盘齿槽内径，r₂为导体盘齿槽外径，B为导体盘表面磁场强度，I为电流强度，l₂为导体盘齿槽长度；

根据上述对各部分转矩的简化表达式以及电磁感应定律，得出输出转矩的简化表达式为：

其中：

将上式(16)到(18)代入式(15)得到:

最终得到挖槽型磁力调速器输出转矩的简化表达式为：

第四步求取最优开槽比，得到最优方案下输出转速的表达式；

根据上述对挖槽型磁力调速器输出转矩的分析与磁场强度的计算，最终得到输出转矩最大时的开槽比，以此作为最优开槽比α₀；最优开槽比α₀的计算公式为：

最终得到在最优化开槽比下，挖槽型磁力调速器输出转矩T的表达式为：