盤式渦流永磁耦合器磁場(chǎng)分析

點(diǎn)擊量：1985   日期：2019-03-08     摘要
    永磁耦合器氣隙磁場(chǎng)大小及分布對(duì)其性能影響較大,為了深入研究磁場(chǎng)情況,通過磁路法計(jì)算磁勢(shì)及各部分磁阻,推導(dǎo)靜態(tài)氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度。在永磁耦合器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)渦流磁場(chǎng),總磁場(chǎng)為磁體磁場(chǎng)和渦流磁場(chǎng)的疊加,分析運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)渦流電密度以及疊加磁場(chǎng)在氣隙部分的有效磁通。運(yùn)用Ansoft有限元軟件,通過三維瞬態(tài)仿真得到靜態(tài)及一定工況下的渦流電密度、氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度。通過磁場(chǎng)分析了解磁路結(jié)構(gòu),可為進(jìn)一步的磁路優(yōu)化設(shè)計(jì)、減小漏磁、提高磁能利用率的研究提供一定參考。

    有限元磁場(chǎng)仿真

    在Ansoft中定義表1的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并建立模型。模型最外層為計(jì)算區(qū)域，可通過改變區(qū)域尺寸進(jìn)行多次仿真。當(dāng)兩次仿真結(jié)果相差在5%以內(nèi)時(shí)，認(rèn)為計(jì)算區(qū)域尺寸合理。設(shè)定材料參數(shù)見表3，磁體按圖1(b)即N、S極交錯(cuò)進(jìn)行軸向充磁。

設(shè)定各部分網(wǎng)格大小和渦流效應(yīng)區(qū)域。變化，磁感應(yīng)強(qiáng)度方向也改變，圖13(b)中每個(gè)最大峰值對(duì)應(yīng)磁體中心，最小峰值對(duì)應(yīng)兩磁體之間間隙中點(diǎn)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度不為0。理論分析中式(20)為靜態(tài)氣隙有效磁感應(yīng)強(qiáng)度，未考慮磁體漏磁情況，只在磁體正對(duì)部分有磁場(chǎng)分布，因此仿真結(jié)果與理論分析基本吻合。

    在永磁耦合器工作時(shí)，導(dǎo)體會(huì)感應(yīng)出渦流。為兩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差為500r/min時(shí)導(dǎo)體電流密度矢量圖，可見電流成環(huán)形且與磁體極數(shù)目相同。永磁耦合器工作時(shí)氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度為渦流場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加。為在轉(zhuǎn)差為500r/min時(shí)在瞬態(tài)氣隙Ｒa半徑處的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量圖;為其沿周向變化。從對(duì)比可以看出:磁感應(yīng)強(qiáng)度整體分布相同，但大小發(fā)生變化，并且出現(xiàn)波動(dòng)。這主要是由于渦流產(chǎn)生疊加磁場(chǎng)，渦流磁場(chǎng)大小和方向在氣隙中的分量隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)而改變。可見磁場(chǎng)情況與理論分析相同。

    結(jié)束語(yǔ)

    通過理論分析與有限元仿真，分析了永磁耦合器磁場(chǎng)情況，尤其是氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小與分布。理論分析了各部分磁阻。結(jié)果表明:總漏磁磁阻由兩極間漏磁與單極漏磁構(gòu)成，靜態(tài)氣隙有效磁場(chǎng)只存在于磁體正對(duì)的區(qū)域，磁體之間間隙磁感應(yīng)強(qiáng)度為0。由于軛鐵相對(duì)磁導(dǎo)率為非線性，且由材料B－H曲線確定，理論計(jì)算中可通過編程求解。永磁耦合器在工作時(shí)氣隙磁場(chǎng)非常復(fù)雜，為磁體磁場(chǎng)與渦流磁場(chǎng)的疊加，渦流磁場(chǎng)隨著轉(zhuǎn)差大小變化，并且其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)大小和方向都發(fā)生變化。用有限元分析法更加直觀，可分析總疊加場(chǎng)的變化，但是計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)。基于磁路法的理論分析與有限元仿真結(jié)果基本吻合，可通過兩者的結(jié)合對(duì)磁路進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。

    本文由 永磁耦合器 整理編輯。