[發明專利]挖槽型磁力調速器由最優開槽比計算輸出轉矩的方法

有效

• 申請號: 202011414799.0
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112685875B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 劉巍;譚子亮;程習康;孫明浩;羅唯奇;周孟德;王琴琴;張洋
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H02K49/10;G06F119/14
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

1.一種挖槽型磁力調速器由最優開槽比計算輸出轉矩的方法，其特征是，該方法首先充分考慮挖槽型磁力調速器的工作原理和導體盤的結構特點，構建導體盤模型，分析輸出轉矩的組成，得到磁力轉矩和齒槽轉矩的表達式；然后，依據結構模型建立等效磁路，計算各部分磁阻大小；通過磁路分析以及基爾霍夫定律，得到挖槽型磁力調速器導體盤表面磁感應強度大小；計算最優開槽比，確定開槽方案；最后根據洛倫茲力定律、歐姆定律，對磁力轉矩和齒槽轉矩的表達式進行化簡，最終得到挖槽型磁力調速器的輸出轉矩的簡化計算表達式；方法的具體步驟如下：

第一步構建導體盤模型，分析輸出轉矩組成；

構建導體盤模型，基于挖槽型磁力調速器導體盤齒槽條狀分布的特點，將挖槽型磁力調速器的輸出轉矩分為兩部分，分別為磁力轉矩和齒槽轉矩；磁力轉矩是導體盤中渦流受到導體盤表面磁場的影響形成的轉矩，齒槽轉矩是圓周方向上由于導體盤開槽后材料分布不均而形成的轉矩；其計算公式為：

其中，T₁為導體盤磁力轉矩，T₂為齒槽轉矩，F_i為洛倫茲力，l_i為等效磁力作用長度，W為電磁儲能，θ為磁共能位置角；

第二步計算磁阻與導體盤表面磁感應強度大小；

基于磁力調速器的工作原理，構建等效磁路模型；對磁路中的導體盤磁阻R_c、永磁體磁阻R_m、氣隙磁阻R_g、和背鐵磁阻R_d分別進行分析；磁阻計算公式為：

式中，μ₀,μ₁,μ₂,μ₃分別為氣隙，導體盤，永磁體，背鐵的相對磁導率，n為導體盤齒槽數，r₁為導體盤齒槽內徑，r₂為導體盤齒槽外徑，S₁為背鐵在磁場中的有效面積，α為導體盤中齒槽與銅材料的比例，即開槽比，ε為永磁體盤磁極占比，d₁為磁體磁路的有效長度，s_d為氣隙寬度，s_c為導體盤厚度，s_m為永磁體盤的厚度；

根據磁阻的計算公式，得出挖槽型磁力調速器導體盤表面的磁感應強度B的大小；計算公式為：

R＝R_d+2R_m+2R_g (7)

式中，R為磁阻之和，F為永磁體的磁動勢，S₂為氣隙的有效面積；

第三步簡化各部分轉矩表達式；

由上述分析可知，磁力調速器輸出轉矩的結果計算較為繁瑣，齒槽轉矩計算結果為非穩態，難以給出特定數值；對其計算過程進行簡化處理，簡化計算公式為：

T₁₀＝nF₁₀l₁₀ (9)

其中：

F₁₀＝BIl₂ (11)

l₂＝(r₂-r₁) (12)

將式(10)到(12)代入式(9)，最終可得磁力轉矩T₁₀和齒槽轉矩T₂₀的簡化表達式為：

T₂₀＝0 (14)

式中，n為導體盤齒槽數，F₁₀為簡化后的洛倫茲力，l₁₀為簡化后的等效磁力作用長度表達，r₁為導體盤齒槽內徑，r₂為導體盤齒槽外徑，B為導體盤表面磁場強度，I為電流強度，l₂為導體盤齒槽長度；

根據上述對各部分轉矩的簡化表達式以及電磁感應定律，得出輸出轉矩的簡化表達式為：

其中：

將上式(16)到(18)代入式(15)得到:

最終得到挖槽型磁力調速器輸出轉矩的簡化表達式為：

第四步求取最優開槽比，得到最優方案下輸出轉速的表達式；

根據上述對挖槽型磁力調速器輸出轉矩的分析與磁場強度的計算，最終得到輸出轉矩最大時的開槽比，以此作為最優開槽比α₀；最優開槽比α₀的計算公式為：

最終得到在最優化開槽比下，挖槽型磁力調速器輸出轉矩T的表達式為：