[发明专利]一种轴向磁通次级导条式永磁涡流制动器建模方法

说明书

本发明公开了一种轴向磁通次级导条式永磁涡流制动器建模方法。步骤1：通过有限元法分别计算了低速时和高速时次级导条式涡流制动器的磁场分布；步骤2：基于步骤1中的磁场分布，分析导体的垂直边缘上的磁通密度的圆周分量；步骤3：基于步骤2的分析结果，在引入等效的槽弧系数；步骤4：确定步骤3中等效的槽弧系数中的待定系数；步骤5：利用步骤3和步骤4建立次级导条式涡流制动器的数学模型，支撑相应涡流制动器的优化设计。本发明解决传统的解析模型无法准确预测高速情况下的制动转矩的问题。

技术领域

本发明属于永磁涡流制动器领域；具体涉及一种轴向磁通次级导条式永磁涡流制动器建模方法。

背景技术

由于具有气隙磁密幅值和沿着径向的涡流幅值较大的优点，相比于传统的光滑次级导体结构，次级导条式涡流制动器结构方案具有更好的制动性能。因此，近年来次级导条式涡流制动器结构方案引起了越来越多的关注。但是，由于导条式结构的复杂性给其数学建模增加了难度。目前，对于次级导条式涡流制动器通常会采用子域模型法对其进行数学建模。然而，通过子域模型法建立的数学模型只适用在低速区域，在高速区域其计算精度显著降低，无法满足优化设计的要求，如图1所示。可以看出，在转速较低时，通过子域模型法和有限元法计算出的制动转矩基本一致，然而随着转速增大，两者的误差逐渐增大。

发明内容

本发明提供了一种轴向磁通次级导条式永磁涡流制动器建模方法，解决传统的解析模型无法准确预测高速情况下的制动转矩的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种轴向磁通次级导条式永磁涡流制动器建模方法，所述建模方法包括以下步骤：

步骤1：通过有限元法分别计算了低速时和高速时次级导条式涡流制动器的磁场分布；

步骤2：基于步骤1中的磁场分布，分析导体的垂直边缘上的磁通密度的圆周分量；

步骤3：基于步骤2的分析结果，引入等效的槽弧系数；

步骤4：确定步骤3中等效的槽弧系数中的待定系数；

步骤5：利用步骤3和步骤4实现次级导条式涡流制动器的数学模型的建立。

进一步的，所述步骤2分析导体的垂直边缘上的磁通密度的圆周分量具体为，导体的垂直边缘上的磁通密度的圆周分量随转速的增加而增加。

进一步的，所述步骤3等效的槽弧系数具体为，

β′＝βexp(-ηn) (1)

式中，β’和β分别表示等效的槽弧系数和实际的槽弧系数，η为待定正数系数，n为转速；

在转速为零时等效槽弧系数等于实际槽弧系数，随着转速的增大，等效槽弧系数逐渐减小。

进一步的，所述步骤4确定等效的槽弧系数中的待定系数具体通过以下公式：

式中，η^*是参考工况时的待定系数，σ是导条电导率，c是导条厚度，δ是气隙长度，α是极弧系数，h_m是永磁体厚度，p是极对数，Q是槽数，R_e是平均半径；f₁至f₈是随设计参数变化的函数，表示各个设计参数对待定系数的影响；λ₁至λ₈是f₁至f₈的权重系数表示不同设计参数对待定系数有着不同程度的影响；通过有限元法计算待定系数随各个设计参数的变化趋势，并通过最小二乘法能求出f₁至f₈的表达式。

进一步的，所述步骤4确定等效的槽弧系数中的待定系数具体包括以下步骤：

步骤4.1：计算参考工况时的待定系数；