[发明专利]一种永磁耦合器内部复合磁场估算方法

摘要

本发明一种永磁耦合器内部复合磁场估算方法属于永磁耦合技术领域，涉及一种永磁耦合器内部复合磁场估算方法。该方法基于有限测点测量，对永磁耦合器内复合磁场全场状态进行拟合估算。利用永磁耦合器内部复合磁场分布的周期性及对称性，确定了有效磁场范围内任意位置与其对应的对称位置在极坐标系中的极坐标对称转换关系。结合有限测点的测量数据，对磁场强度进行双向拟合估算，对永磁体内部复合磁场分布进行周向拟合及径向估算。最后通过任取磁场内多点测量，验证估算结果。该方法无需借助专业软件进行繁杂的有限元仿真，即可对全场磁感应强度进行估算，在工程应用中具有较好的实用性，操作方便，计算简单。

主权项

1.一种永磁耦合器内部复合磁场估算方法，其特征是，该方法利用永磁耦合器内部复合磁场分布的周期性及连续性，结合有限测点的测量数据，对永磁体内部复合磁场进行周向拟合及径向估算；以有限点测量，实现全场磁感应强度的估算；估算方法的具体步骤如下：第一步、确定永磁耦合器的关键参数,搭建永磁耦合器实验平台；首先确定永磁耦合器的关键参数：铜盘(2)的内径r₁、外径R₁，永磁体(4)长度为l，永磁耦合器的永磁体(4)需N极、S极交替排列，故磁体数目为偶数，永磁体放置盘(5)上永磁体4的数量2p；参数确定后搭建永磁耦合器实验平台，将装有输出轴(9)和输入轴(12)的输出轴承座(8)和输入轴承座(15)通过轴承座固定螺钉(11)固定到轴承座底座(13)上；将铜盘(2)安装在铜盘安装盘(1)上，再将永磁体(4)装入永磁体放置盘(5)中，用永磁体盖板(3)盖紧固定；分别将铜盘安装盘(1)和永磁体放置盘(5)通过固定螺钉(16)安装到输入轴(12)和输出轴(9)上；通过调节两个轴承座底座(13)间的距离，调节铜盘(2)和永磁体放置盘(5)的气隙至合适位置，并用轴承座底座固定螺钉(14)固定；至此，永磁耦合器内部复合磁场全场测量估算实验系统的搭建工作完成；第二步、安装测量探头，建立极坐标系，布置测点，确定对称关系方程；安装测量探头，在耦合器一旁设立磁场测量探头支架(10)，将磁场测量探头(7)伸入气隙，调节好适当位置后安装在支架上；磁场测量探头(7)安装好后，连入数字高斯计(6)，将测点固定到磁场测量探头(7)上；依据铜盘(2)尺寸、永磁体(4)长度，沿某一任选直径方向布置2m+1,m＝1,2,3,.....个测点，并在测点平面以铜盘(2)圆心为原点o，测点所在直线为极轴or，由内向外为正方向，建立极坐标系；测点由内而外依次编号为1、2、3、...，其中1号、2m+1号测点的极坐标满足公式(1)，剩余测点在1号测点与2m+1号测点连成的线段上均匀分布；其中，θ为各测点的极角，r₁为a号测点的极径，r_2m+1为2m+1号测点的极径，r、R分别为铜盘2的内径和外径，l为永磁体4的长度；永磁体(4)沿铜盘(2)圆周方向呈N极、S极均匀交替排布；因此，永磁耦合器内部复合磁场分布具有周期性及对称性，结合永磁体(4)数量2p，通过公式(2)确定任意点(r₀,θ₀)与其p‑1个对称位置相互间的坐标(r_i,θ_i)转换关系；测点所在直线及其p‑1个对称位置所在直线将磁场所在的环形区域分割成了p个磁场分布几乎相同的区块；第三步、根据测量结果进行双向拟合，估算复合磁场全场强度；估算永磁耦合器内部复合磁场的全场的磁场强度，需根据测量结果对离散测点进行双向拟合；由于测点全局坐标不变，铜盘(2)及永磁体放置盘(5)绕输入输出轴轴心旋转，第j号测点的测量值随时间变化关系为B_j(t)，测点所在直线的对称位置上的磁场与测点测得的磁场强度基本相同，因此一个周期内的数据可转化为极坐标平面中一个区块2πi/p弧度的圆弧上的数据，再利用公式(3)即可对相邻两对称位置间的区块中第j号测点所在圆上的周向磁场进行拟合估算；其中，θ为待拟合区域的极角，n为拟合函数的最高次数，B_j为第j号测点的周向实测数据，B_j(θ)为第j号测点的周向拟合函数，c_n为拟合多项式n次项的系数,c_i为拟合多项式第i次项的系数；在周向拟合估算后，利用公式(4)对任一角度下的径向磁场分布进行拟合估算；由此，通过对测量结果进行双向拟合，即估算出复合磁场全场的磁感应强度B(r,θ)；其中，r为待估算区域的极径，r_j为第j号测点的极径，l_j(r)为第j号测点对应的插值基函数，B_j(θ)为第j号测点所在圆弧的极角为θ时磁场强度值，B(r,θ)为在极径为r极角为θ时的磁场强度值；任取磁场内几点测量，与拟合估算的数据进行对比，最大误差为Δ，若误差小于预设精度值ε，则拟合估算结果合格；否则提高拟合函数的最高次数n的值重复第三步，至所有区块结果合格为止。