[發明專利]一種永磁耦合器內部復合磁場估算方法

有效

• 申請號: 201910686938.6
• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN110412489B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 劉巍;羅唯奇;程習康;劉思彤;張洋;逯永康;邸宏圖;賈振元
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01R33/10
• 分類號: G01R33/10
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

1.一種永磁耦合器內部復合磁場估算方法，其特征是，該方法利用永磁耦合器內部復合磁場分布的周期性及連續性，結合有限測點的測量數據，對永磁體內部復合磁場進行周向擬合及徑向估算；以有限點測量，實現全場磁感應強度的估算；估算方法的具體步驟如下：

第一步、確定永磁耦合器的關鍵參數,搭建永磁耦合器實驗平臺；

首先確定永磁耦合器的關鍵參數：銅盤(2)的內徑r₁、外徑R₁，永磁體(4)長度為l，永磁耦合器的永磁體(4)需N極、S極交替排列，故磁體數目為偶數，永磁體放置盤(5)上永磁體4的數量2p；

參數確定后搭建永磁耦合器實驗平臺，將裝有輸出軸(9)和輸入軸(12)的輸出軸承座(8)和輸入軸承座(15)通過軸承座固定螺釘(11)固定到軸承座底座(13)上；將銅盤(2)安裝在銅盤安裝盤(1)上，再將永磁體(4)裝入永磁體放置盤(5)中，用永磁體蓋板(3)蓋緊固定；分別將銅盤安裝盤(1)和永磁體放置盤(5)通過固定螺釘(16)安裝到輸入軸(12)和輸出軸(9)上；通過調節兩個軸承座底座(13)間的距離，調節銅盤(2)和永磁體放置盤(5)的氣隙至合適位置，并用軸承座底座固定螺釘(14)固定；至此，永磁耦合器內部復合磁場全場測量估算實驗系統的搭建工作完成；

第二步、安裝測量探頭，建立極坐標系，布置測點，確定對稱關系方程；

安裝測量探頭，在耦合器一旁設立磁場測量探頭支架(10)，將磁場測量探頭(7)伸入氣隙，調節好適當位置后安裝在支架上；磁場測量探頭(7)安裝好后，連入數字高斯計(6)，將測點固定到磁場測量探頭(7)上；

依據銅盤(2)尺寸、永磁體(4)長度，沿某一任選直徑方向布置2m+1,m＝1,2,3,.....個測點，并在測點平面以銅盤(2)圓心為原點o，測點所在直線為極軸or，由內向外為正方向，建立極坐標系；測點由內而外依次編號為1、2、3、...，其中1號、2m+1號測點的極坐標滿足公式(1)，剩余測點在1號測點與2m+1號測點連成的線段上均勻分布；

其中，θ為各測點的極角，r₁為a號測點的極徑，r_2m+1為2m+1號測點的極徑，r、R分別為銅盤2的內徑和外徑，l為永磁體4的長度；

永磁體(4)沿銅盤(2)圓周方向呈N極、S極均勻交替排布；因此，永磁耦合器內部復合磁場分布具有周期性及對稱性，結合永磁體(4)數量2p，通過公式(2)確定任意點(r₀,θ₀)與其p-1個對稱位置相互間的坐標(r_i,θ_i)轉換關系；

測點所在直線及其p-1個對稱位置所在直線將磁場所在的環形區域分割成了p個磁場分布幾乎相同的區塊；

第三步、根據測量結果進行雙向擬合，估算復合磁場全場強度；

估算永磁耦合器內部復合磁場的全場的磁場強度，需根據測量結果對離散測點進行雙向擬合；由于測點全局坐標不變，銅盤(2)及永磁體放置盤(5)繞輸入輸出軸軸心旋轉，第j號測點的測量值隨時間變化關系為B_j(t)，測點所在直線的對稱位置上的磁場與測點測得的磁場強度基本相同，因此一個周期內的數據可轉化為極坐標平面中一個區塊2πi/p弧度的圓弧上的數據，再利用公式(3)即可對相鄰兩對稱位置間的區塊中第j號測點所在圓上的周向磁場進行擬合估算；

其中，θ為待擬合區域的極角，n為擬合函數的最高次數，B_j為第j號測點的周向實測數據，B_j(θ)為第j號測點的周向擬合函數，c_n為擬合多項式n次項的系數,c_i為擬合多項式第i次項的系數；

在周向擬合估算后，利用公式(4)對任一角度下的徑向磁場分布進行擬合估算；由此，通過對測量結果進行雙向擬合，即估算出復合磁場全場的磁感應強度B(r,θ)；

其中，r為待估算區域的極徑，r_j為第j號測點的極徑，l_j(r)為第j號測點對應的插值基函數，B_j(θ)為第j號測點所在圓弧的極角為θ時磁場強度值，B(r,θ)為在極徑為r極角為θ時的磁場強度值；

任取磁場內幾點測量，與擬合估算的數據進行對比，最大誤差為Δ，若誤差小于預設精度值ε，則擬合估算結果合格；否則提高擬合函數的最高次數n的值重復第三步，至所有區塊結果合格為止。