[发明专利]一种永磁耦合器轴向力的快速计算方法

摘要

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。

主权项

1.一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：/n第一步、计算永磁耦合器轴向力作用的有效面积/n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：/nrm₀＝(rm₁+rm₂)/2 (1)/n进一步计算出永磁体(3)的径向长度L为：/nL＝rm₂-rm₁ (2)/n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：/nS_e＝0.5(b₁+b₂)L (3)/n计算出永磁耦合器轴向力作用的有效面积S_total为：/nS_total＝2pK₁S_e (4)/n式(4)中，K₁为有效面积修正系数；/n第二步、计算永磁耦合器轴向力作用的有效磁感应强度/n永磁耦合器磁力线的路径穿过永磁体(3)进入永磁气隙(5)、铜导体盘(2)、导铁盘(1)，然后穿过磁铁盘(4)返回永磁体(3)，即磁力线形成了闭合路径；/n针对导铁盘(1)处存在的磁阻R₁，由公式(5)获得：/nR₁＝l₁/(μ₁S_e) (5)/n式(5)中，l₁为导铁盘(1)的厚度，μ₁为导铁盘(1)的相对磁导率；/n针对铜导体盘(2)处存在的磁阻R₂，由公式(6)获得：/nR₂＝l₂/(μ₂S_e) (6)/n式(6)中，l₂为铜导体盘(2)的厚度，μ₂为铜导体盘(2)的相对磁导率；/n永磁体(3)处存在的磁阻R₃为：/nR₃＝l₃/(μ₃S_e) (7)/n式(7)中，l₃为永磁体(3)的厚度，μ₃为永磁体(3)的相对磁导率；/n磁铁盘(4)处存在的磁阻R₄为：/nR₄＝l₄/(μ₄S_e) (8)/n式(8)中，l₄为磁铁盘(4)的厚度，μ₄为磁铁盘(4)的相对磁导率；/n永磁气隙(5)处存在的磁阻R₅为：/nR₅＝l₅/(μ₅S_e) (9)/n式(9)中，l₅为永磁气隙(5)的厚度，μ₅为永磁气隙(5)的相对磁导率；/n永磁气隙(5)处同时存在着泄露磁阻RX₀，包括永磁体之间的泄露磁阻RX₁和永磁体本体的泄露磁阻RX₂，具体的计算公式为：/n /n式(10)中，b₃为相邻永磁体之间的平均间距；/n则永磁气隙(5)处的泄露磁阻RX₀为：/nRX₀＝RX₁+RX₂ (11)/n永磁体(3)作为磁场的动力源，负责提供磁势F₃，其大小由永磁体(3)的矫顽力H₃和永磁体(3)的厚度l₃决定，计算公式为：/nF₃＝K₃H₃l₃ (12)/n式(12)中，K₃为磁势修正系数；/n进一步计算出永磁耦合器轴向力作用的有效磁通量φ_e为：/n /n磁感应强度和磁通量之间存在着线性关系，所以，永磁耦合器轴向力作用的有效磁感应强度B_e为：/nB_e＝φ_e/S_e (14)/n第三步、得到永磁耦合器轴向力的计算结果/n永磁耦合器在正常运行的过程中，铜导体盘(2)与永磁体(3)之间的永磁气隙(5)很小，因此，在这种小范围区域内，永磁耦合器轴向力作用的有效磁感应强度B_e被认为是均匀的，永磁耦合器轴向力作用的有效能量W_e为：/nW_e＝B_e²l₅S_total/(2μ₅) (15)/n得到永磁耦合器轴向力F_e为：/nF_e＝B_e²S_total/(2μ₅) (16)/n根据永磁耦合器轴向力F_e的计算结果，指导永磁耦合器轴端连接轴承的选型工作；为了确保永磁耦合器的运行安全，选用轴端连接轴承耐受的最大轴向力F_max必须满足以下条件：/nF_max≥1.2F_e (17)/n到此，永磁耦合器轴向力的快速计算完成。/n