一种矿用永磁耦合器的涡流损耗功率计算方法技术

本发明专利技术一种矿用永磁耦合器涡流损耗功率计算方法属于永磁传动技术领域，涉及一种矿用永磁耦合器涡流损耗功率计算方法。该方法首先采用等效磁路原理建立矿用永磁耦合器磁路模型，依据磁路模型分别计算磁路各部分磁阻，进而求得各部分磁通量的数值和导体盘表面磁感应强度的大小，再计算出矿用永磁耦合器的输出转矩及输出功率。根据能量守恒定理，矿用永磁耦合器的输入功率和输出功率的差值绝大部分由涡流损耗功率组成，将求得的功率差作为涡流损耗的功率，最终得到矿用永磁耦合器涡流损耗功率的计算值。该方法具有很高的工程应用价值，计算简单，精度较高，实用性强。在矿用永磁耦合器延长寿命、温升控制、过载保护等方面都具有重要的意义。具有重要的意义。具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种矿用永磁耦合器的涡流损耗功率计算方法


[0001]本专利技术涉及永磁传动
，涉及一种矿用永磁耦合器导体盘涡流损耗功率计算方法

技术介绍

[0002]随着我国在矿业，电力，化工等行业的不断发展，对大功率高效率的传动技术的需求越来越迫切。在矿业开采，能源动力等方面，高效节能的传动技术是实现高效运输的关键。近年来，永磁耦合传动技术一直受到研究学者们的广泛关注，由于电磁场的作用，使得矿用永磁耦合器的动力端和负载端之间能够以非接触的方式进行动力传递，极大地提高了传动效率。同时矿用永磁耦合器具有软启动，过载保护，噪声低，寿命长，结构简单，成本低等诸多优势。永磁耦合传动技术相对于传统传动技术而言，传动效率有了极大的提高，但是矿用永磁耦合器的传动过程也不可避免会产生损耗。导体盘切割永磁体发出的磁力线会在表面产生涡流。由于导体盘本身具有电阻，涡流损耗产生的热量会导致矿用永磁耦合器的机械能损失，输出功率减小，传动效率降低。当永磁体温度达到其居里温度时，会产生退磁现象，使材料的磁性降低，进而降低传动效率，从而导致装置无法以正常效率工作。因此，导体盘处涡流损耗功率的计算对提高传动效率、保证传动稳定性具有重要意义。
[0003]针对矿用永磁耦合器传动过程中涡流损耗功率的计算，中国矿业大学的叶剑文等人在期刊《煤矿安全》2017年10期发表了论文《矿用永磁耦合器涡流损耗及温度场分析》，对永磁耦合器涡流损耗功率进行了分析，通过有限元仿真分析了不同状态下永磁耦合器的温升情况，并总结了不同参数变化对矿用永磁耦合器涡流损耗功率的影响。该方法计算简单，但是由于有效磁路模型的简化误差较大，该方法只用来对矿用永磁耦合器的涡流损耗功率进行定性分析，难以进行定量计算；中国矿业大学的牛耀宏等人在论文《矿用永磁磁力耦合器设计理论及实验研究》里建立了永磁磁力耦合器模型，提出了一种对永磁耦合器涡流损耗功率的计算方法，计算过程简单直接。但是该方法在计算涡流引起的磁场强度时，假设涡流为规则圆形分布且涡流半径近似等于永磁体半径。该涡流损耗功率计算方法精度较低，同时也具有很大的局限性，对使用该算法的矿用永磁耦合器的永磁体形状有很高的要求，难以推广到矿业上常用的各类永磁耦合器的涡流损耗功率的计算中。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述现有技术中存在的计算精度低、局限性大等问题，克服现有技术缺陷，专利技术了一种基于矿用永磁耦合器的涡流损耗功率计算分析方法。该方法首先采用了等效磁路原理，充分考虑磁路中各部分特点，建立永磁耦合器磁路模型。然后，依据磁路模型分别计算磁路各部分磁阻，进而求得各部分磁通量的数值和导体盘表面磁感应强度的大小。计算出矿用永磁耦合器的输出转矩及输出功率。根据能量守恒定理，矿用永磁耦合器的输入功率和输出功率的差值绝大部分由涡流损耗功率组成，所以将本方法求得的功率差作为涡流损耗的功率，最终得到矿用永磁耦合器涡流损耗功率的计算值。
[0005]本专利技术采用的技术方案是一种矿用永磁耦合器的涡流损耗功率计算方法,计算方法的具体步骤如下：
[0006]第一步 建立电磁场有效磁路模型
[0007]考虑到导体盘表面涡流形成的复杂性等，在磁路构建时做出如下假设：
[0008]A.永磁体3的磁场均匀分布；
[0009]B.导体盘2，永磁体盘4上磁导率为常数；
[0010]C.背铁5厚度足够大，气隙较小，忽略漏磁现象的影响；
[0011]第二步 计算磁路各部分磁阻
[0012]基于矿用永磁耦合器的工作原理，将永磁体3和导体盘2表面磁场以及其之间的间隙磁场简化成等效磁路模型，便于进行磁路计算；
[0013]由于传动装置的不同部分磁通量有效横截面积以及材料性质的不同，将等效磁路中的磁阻分成三种：背铁磁阻R
i
、永磁体磁阻R
p
、气隙磁阻R
g
、导体盘磁阻R
c
，各种磁阻大小计算公式为：
[0014][0015][0016][0017][0018]式中，r1,r
2-分别为永磁体内外半径，ε-永磁体盘磁极占比，-磁体磁路有效长度，S
1-背铁在磁场中的有效面积，h1,h2,h3,h
4-分别为永磁体安装的背铁，永磁体，气隙和导体盘的高度，μ1,μ2,μ3,μ4,μ
5-分别为背铁，永磁体，气隙，导体盘的相对磁导率。
[0019]第三步计算磁感应强度大小
[0020]求出磁阻后，计算磁路各部分磁通量的大小，表示磁场的分布情况。所求矿用永磁耦合器永磁体盘和导体盘之间的磁场由永磁体在间隙处产生的磁场强度B1和导体盘表面感应电流所产生的磁场强度B2组成，最终导体盘表面处的磁场强度B表达式为式(5)-(7)：
[0021]B＝B1+B2ꢀꢀ
(5)
[0022][0023][0024]式中，为导体盘的磁通量，σ为导体盘电导率，ω为导体盘角速度，m为常数。
[0025]第四步 计算输出功率
[0026]确定矿用永磁耦合器内磁场分布后，计算其输出功率P1：
[0027][0028]第五步 计算矿用永磁耦合器涡流损耗功率
[0029]根据能量守恒定律，输入功率P2和输出功率P1的功率差可视作涡流损耗功率，即为：
[0030]P＝ΔP＝P
2-P1ꢀꢀ
(9)
[0031]将式(8)代入(9)，最终得到矿用永磁耦合器的涡流损耗功率P计算表达式为式(10)：
[0032][0033][0034]其中，T0为矿用永磁耦合器的输入转矩，ω0为输入角速度，n为磁极对数，k为只与ε有关的常数。
[0035]本专利技术的有益效果是充分考虑了不同种类矿用永磁耦合器导体盘中涡流形成的复杂性，专利技术了一种导体盘表面磁感应强度大小的精确计算方法。根据矿用永磁耦合器的参数，可以采用本专利技术对不同转速下传动装置所产生的涡流损耗功率数值进行计算。对比已有的计算方法，大大提高了精度和适用程度。本专利技术可用来预测在不同转速下矿用永磁耦合器的涡流损耗，在矿用永磁耦合器延长寿命、温升控制、过载保护等方面都具有十分重要的意义。方法计算简单，精度较高，实用性强，具有很高工程应用价值。
附图说明
[0036]图1是本专利技术的矿用永磁耦合器的涡流损耗功率计算流程图。
[0037]图2是本专利技术的基于矿用永磁耦合器单边结构等效磁路简化示意图。其中，R
i-背铁磁阻，R
p-永磁体磁阻，R
g-气隙磁阻，R
c-导体盘磁阻，-导体盘的磁通量。
[0038]图3是本专利技术实施的矿用永磁耦合器的结构示意图，其中，1-导体盘安装盘，2-导体盘，3-永磁体，4-永磁体盘，5-背铁。
具体实施方式
[0039]下面结合附图和技术方案对本专利技术进行进一步详细阐述。
[0040]本实施例选用一台输入转速1467r/min，转速差为100r/min包含6对永磁体的单导体盘结构矿用永磁耦合器进行涡流损耗的功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿用永磁耦合器涡流损耗功率计算方法，其特征是，该方法首先采用了等效磁路原理，充分考虑磁路中各部分特点，建立永磁耦合器磁路模型；然后，依据磁路模型分别计算磁路各部分磁阻，进而求得各部分磁通量的数值和导体盘表面磁感应强度的大小；进一步计算出矿用永磁耦合器的输出转矩及输出功率；根据能量守恒定理，矿用永磁耦合器的输入功率和输出功率的差值绝大部分由涡流损耗功率组成，将本方法求得的功率差作为涡流损耗的功率，最终得到矿用永磁耦合器涡流损耗功率的计算值；计算方法的具体步骤如下：第一步 建立电磁场有效磁路模型考虑到导体盘表面涡流形成的复杂性等，在磁路构建时做出如下假设：A.永磁体(3)的磁场均匀分布；B.导体盘(2)，永磁体盘(4)上磁导率为常数；C.背铁(5)厚度足够大，气隙较小，忽略漏磁现象的影响；第二步 计算磁路各部分磁阻基于矿用永磁耦合器的工作原理，将永磁体(3)和导体盘(2)表面磁场以及其之间的间隙磁场简化成等效磁路模型，便于进行磁路计算；由于传动装置的不同部分磁通量有效横截面积以及材料性质的不同，将等效磁路中的磁阻分成三种：背铁磁阻R
i
、永磁体磁阻R
p
、气隙磁阻R
g
，和导体盘磁阻R
c
，各个磁阻大小的计算公式为式(1)到式(4)：，各个磁阻大小的计算公式为式(1)到式(4)：，各个磁阻大小的计算公式为式(1)到式(4)：，各个磁阻大小的计算公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘巍，谭子亮，程习康，罗唯奇，刘思彤，逯永康，李俊卿，张洋，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：