一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿真方法，属于结构件结构变形分析技术领域。本发明专利技术的仿真方法将同轴磁性齿轮内外气隙非均匀度与定子铁心的变形量结合，通过结构场和磁场的耦合仿真，能够可靠的分析定子铁心的结构变形，获得定子铁心的准确变形量。获得定子铁心的准确变形量。获得定子铁心的准确变形量。

【技术实现步骤摘要】
一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿真方法


[0001]本专利技术属于结构件结构变形分析
，尤其涉及一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿真方法。

技术介绍

[0002]同轴磁性齿轮是一种能够提供不接触变速传动功能的新型磁性机构，具有高功率密度、低振动噪声、过载保护等优点。将同轴磁性齿轮应用于空气涡轮起动机以代替传统的行星齿轮传动机构，契合空气涡轮起动机小型化、轻量化的发展趋势。其中定子铁心作为同轴磁性齿轮中最关键的部件，其结构的稳定性不仅关系着磁性齿轮的工作性能更直接与安全挂钩。定子铁心在工作过程中需要承受内、外转子永磁体施加在其上的切向和径向磁力矩，当两侧的拉力合力不为零，即出现不平衡磁拉力时，会对定子铁心的结构稳定行造成影响，应当将其紧固在端盖上，保证其具有较高的机械强度。
[0003]在同轴磁性齿轮设计之初，为保证内转子表贴式永磁体在高速旋转过程中不发生脱落，在内转子永磁体外表面绑扎了厚度为2.5mm的碳纤维护套，这直接导致了同轴磁性齿轮定子铁心受到来自内转子永磁体的径向磁拉力减小，内、外两侧径向磁拉力难以保持平衡，定子铁心出现向外转子侧扩张的趋势。已有的紧固方式将不足以阻止定子铁心的结构变形，因此设计时需要对于其结构强度进行可靠的分析以保证磁性齿轮工作的可靠性和寿命。
[0004]然而，基于传统有限元单物理场的仿真方法，无论是结构场仿真还是磁场仿真都不足以完整、准确的描述磁性齿轮定子铁心的结构变形，更不能满足其结构性能分析以及后续的结构优化需求。

技术实现思路

[0005]鉴于上述分析，本专利技术实施例旨在提供一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿真方法，尤其涉及一种面向磁性齿轮的基于电磁
‑
结构耦合模型的定子铁心变形量的分析方法。具体讲，是区别于传统单物理场有限元的仿真，涉及结构场和磁场两个物理场的耦合仿真方法，能够增强结构的安全性和可靠性，并且为后续的优化设计提供支撑和明确方向。
[0006]本专利技术的一种同轴磁性齿轮的定子变形量的分析方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、建立同轴磁性齿轮的三维模型；
[0008]步骤2、建立同轴磁性齿轮的磁场边界条件；
[0009]步骤3、对同轴磁性齿轮进行磁场网格划分；
[0010]步骤4、对磁性齿轮的定子铁心的磁场进行有限元仿真，获得定子铁心电磁拉力的仿真结果；
[0011]步骤5、构建将定子铁心的定子铁心组件的结构场；将步骤4获得磁场仿真结果作为结构场的边界条件施加与结构场；
[0012]步骤6、对耦合了边界条件的结构场进行网格划分获得磁性齿轮的内气隙和/或外
气隙非均匀度与定子铁心的结构变形的变形关系；由所述变形关系获得同轴磁性齿轮的定子变形量。
[0013]可选地，步骤3进行磁场网格划分时，在内气隙和外气隙处的网格进行加密处理。
[0014]可选地，定子铁心电磁拉力的表达式为：
[0015][0016][0017]其中，F
r
和F
t
为定子铁心受到的径向和切向电磁拉力，L为同轴磁性齿轮轴向长度，B
r
和B
t
为定子铁心的径向和切向磁通密度，μ0为空气磁导率，R为定子铁心子半径。
[0018]可选地，步骤5中，将步骤4获得的定子铁心受到的径向电磁拉力和切向电磁拉力作为施加于结构场的边界条件。
[0019]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0020](1)本专利技术的方法将结构场和磁场的耦合分析，能够可靠的分析定子铁心的结构变形。
[0021](2)本专利技术的方法结合将同轴磁性齿轮内外气隙非均匀度与定子铁心的变形量，通过结构场和磁场的耦合仿真析，能够可靠的分析定子铁心的结构变形，获得定子铁心的准确变形量。
附图说明
[0022]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。
[0023]图1为本专利技术的分析方法的流程图；
[0024]图2为本专利技术的实施例的定子铁心编号及坐标系的示意图；
[0025]图3为外气隙不均匀的定子铁心径向磁拉力变化情况；
[0026]图4为内、外气隙不均匀的定子铁心径向磁拉力变化情况；
[0027]图5为非均匀气隙定子铁心最大变形量变化情况；
[0028]图6为本专利技术的同轴磁性齿轮的结构示意图。
[0029]附图标记：
[0030]1.内转子、2.内转子永磁体、3.保护壳、4.外转子、5.外转子永磁体、6、定子铁心、7.内气隙、8.外气隙。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和具体实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0032]如图6，本专利技术的同轴磁性齿轮由内而外包括内转子1、外转子4、内转子永磁体2、外转子永磁体5、保护壳3和定子铁心6(即定子)；内转子与定子铁心之间有内气隙7，外转子与定子铁心之间有外气隙8。
[0033]可选地，定子铁心6设置多块，多块定子铁心均布于内转子1和外转子4之间；多个定子铁心构成定子铁心组件，示例性地，定子铁心设置33块。
[0034]本专利技术的一个具体实施例，如图1
‑
5，公开了一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿
真方法，包括以下步骤：
[0035]步骤1、建立同轴磁性齿轮的三维模型；
[0036]其中，定子铁心、内转子和外转子同轴设置。
[0037]步骤2、建立同轴磁性齿轮的磁场边界条件；
[0038]步骤3、对同轴磁性齿轮进行磁场网格划分；
[0039]可选地，进行磁场网格划分时，在内气隙和外气隙处的网格进行加密处理，以获得更准确的仿真结果。
[0040]步骤4、对磁性齿轮的定子铁心的磁场进行有限元仿真，获得磁场仿真结果；
[0041]步骤41、对定子铁心进行预处理：
[0042]参见图2，给多块定子铁心编号；给每个定子铁心建立定子坐标系，定子坐标系为每个定子铁心的径向向外，指向外转子侧为x轴正方向，以垂直于x轴且水平于定子铁心的横截面为y轴，可选地，按逆时针方向对多块定子铁心依次编号1,2,
…
,n；
[0043]获取非均匀气隙对同轴磁性齿轮定子铁心径向磁拉力的影响关系，参见图3
‑
4，展示了非均匀气隙对同轴磁性齿轮定子铁心径向磁拉力的影响情况。从图中可以看出，当气隙理想分布时，定子铁心内、外两侧的径向磁拉力合力最大值不足1000N，而随着气隙不均匀度的增加，定子铁心受到的径向磁拉力合力最大值将超过2700N，增幅十分明显。其中，以编号16的定子铁心为例，单独提取其径向磁拉力，可以清晰地看到非均匀气隙对定子铁心径向磁拉力合力的影响情况。
[0044]步骤42、基于预处理后的定子铁心，进行磁场有限元仿真，获得每块定子铁心电磁拉力仿真结果，表达式为：
[0045]定子铁心电磁拉力的表达式为：
[0046][0047][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同轴磁性齿轮的定子变形量的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、建立同轴磁性齿轮的三维模型；步骤2、建立同轴磁性齿轮的磁场边界条件；步骤3、对同轴磁性齿轮进行磁场网格划分；步骤4、对磁性齿轮的定子铁心的磁场进行有限元仿真，获得定子铁心电磁拉力的仿真结果；步骤5、构建将定子铁心的定子铁心组件的结构场；将步骤4获得磁场仿真结果作为结构场的边界条件施加与结构场；步骤6、对耦合了边界条件的结构场进行网格划分获得磁性齿轮的内气隙和/或外气隙非均匀度与定子铁心的结构变形的变形关系；由所述变形关系获得同轴磁性齿轮的定子变形量。2.根据权利要求1所述的仿真方法，其特征在于，步骤3进行磁场网格划分时，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫欢松，周煜，何荣辉，张奇，武顺天，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心，
类型：发明
国别省市：