【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于永磁涡流传动，尤其涉及一种套筒式永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法及系统。
技术介绍
1、永磁涡流调速器是一种针对拖动风机和水泵等负载的电机调速节能设备，凭借其无刚性连接传递转矩、调速范围广、高效节能等优点，已成为风机和泵类耗电设施升级改造的优选之一。其工作原理遵循“愣次定律”，当电机带动导体旋转时，导体切割永磁体产生磁感线，在导体中产生感生涡流，感生涡流产生感生磁场，两磁场相互耦合驱动负载旋转，从而实现原动机和负载之间的扭矩转矩传输和调速。永磁涡流调速器主要分为三种类型：套筒式、线式和面式永磁涡流调速器，其中套筒式永磁涡流调速器因其具有重量轻、不产生轴向附加载荷、调速范围广等优点应用最为广泛。
2、永磁涡流调速器实现了非接触式动力传递，并因此获得较好的传动性能及多种传统机械所无法比拟的优势，衡量其传动性能关键指标主要有输出转矩、系统的涡流损耗等，这些指标与永磁涡流调速器的结构设计、设备参数设置等有着密切联系。在物理制造之前，使用有限元分析工具预测和分析不同设计变量对调速器传递性能的影响，可以有效减少实验次数和降低样机的制造成本，所以，对套筒式永磁涡流调速器进行有效的三维建模和电磁分析，是具有实际意义的重要过程。
3、现有技术在永磁涡流调速器的设计和优化方面存在几个关键问题：
4、1)参数优化不足：现有技术通常采用经验设计或过度简化的模型来设定调速器的关键结构参数，如气隙间距、铜环厚度等，这导致调速器的性能未被充分优化。未经充分优化的参数会导致在实际运行中输出转矩和涡流损耗不理
5、2)缺乏全面的模型分析：传统的设计方法往往忽略了某些重要的物理现象或未能精确模拟永磁涡流调速器的电磁行为，特别是在复杂的三维结构和非线性材料属性方面。这导致设计在理论上与实际性能存在偏差。
6、3)分析效率低：现有的分析方法往往依赖于重复的实验和试错，这不仅效率低下，而且成本高昂。此外，缺乏有效的仿真工具和算法支持，使得设计周期长，难以快速响应市场需求。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法及系统。
2、本技术方案的必要技术特征包括利用ansoft maxwell软件进行永磁涡流调速器的精确三维建模和有限元仿真计算，分析转速差、气隙间距、铜环厚度、永磁体特性及耦合面积等关键因素对调速器传递性能(包括转矩和涡流损耗)的影响，并运用origin软件对仿真结果进行数据处理和曲线拟合，以优化调速器设计并提高其性能。
3、本专利技术是这样实现的，一种永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法，包括：
4、s1，利用ansoft maxwell电磁软件对永磁涡流调速器进行三维建模和仿真计算，计算转速差对输出转矩和涡流损耗的影响，得出转速差对传递性能的影响；
5、s2，利用ansoft maxwell软件对套筒式永磁涡流调速器进行有限元仿真计算和三维建模，利用origin软件制作线性拟合曲线，分析气隙间距对输出转矩和涡流损耗的影响，得出气隙间距对传递性能的影响；
6、s3，通过ansoft maxwell软件对永磁涡流调速器进行三维建模，并对三维模型进行仿真计算，利用origin绘图软件拟合成曲线图，分析铜环厚度对输出转矩和涡流损耗的影响；
7、s4，利用ansoft maxwell电磁仿真软件建立三维模型，进行仿真计算，分析永磁体磁极数对输出转矩的影响；
8、s5，利用ansoftmaxwell进行有限元仿真计算，建立三维模型，分析耦合面积对输出转矩的影响；
9、s6，通过ansoft maxwell软件对永磁涡流调速器进行三维建模，并对三维模型进行仿真计算，分析导体盘刻槽数对输出转矩的影响。
10、进一步，三维建模的具体过程包括：
11、s101，创建项目：指定求解类型(solution type)，选择瞬态，这样有利于分析任一时刻的运动情况，然后点击insert maxwell 3d design，插入3d模型；
12、s102，创建几何模型：套筒式永磁涡流调速器由以下几个部分组成，径向由内到外分别为内轭铁、永磁体转子、气隙、导体铜环、外轭铁，在maxwell中建模，三维的机械运动建模时需要绘制band域，band域的作用是分隔运动部件与静止部件；
13、s103，指定材料属性：模型绘制完成后，需要给永磁涡流调速器的各个部分赋予材料；内外轭铁材料设置为iron，铜导体材料设置为copper，气隙、band和region设置为vaccum，永磁转子材料选为钕铁硼，相对磁导率1.099，矫顽力为-890000(a/m)，充磁方向沿径向，相邻磁体充磁方向相反；
14、s104，施加边界条件和源：因为永磁涡流调速器是依靠涡流来工作的，所以涡流的产生必不可免，导体铜环上为主要的热量的来源，将铜环设置为激励源；将永磁涡流调速器的区域选中，设置为zero tangential h field边界条件；最后添加扭矩，套筒式永磁涡流调速器忽略轴向力影响，故只需设置z轴扭矩即可；
15、s105，网格剖分：运动域尽量网格小一点，理想的状态下，用户需要的是结果不再随着网格的加密而改变的网格密度，当网格细化后解没有明显改变，选中永磁涡流调速器全部物体模型；
16、s106，求解设置：对运动模型需要进行参数设置，在套筒式永磁涡流调速器的仿真过程中，band域内部包含运动部件，选取band域并对band域进行参数设置，运动方向设置为绕z轴旋转；之后需要设置求解参数，计算停止时间stop time设置为0.035s，计算步长steptime设置为0.002s，保存时间save time设置为0.0002s，也就是每计算十步之后保存一次场求解结果；然后对建立模型进行检查，看是否正确，单击validate check，若没有错误，开始仿真计算；
17、s107，后处理绘制场量图读取数据：计算完成后，需要看目标函数的变化图像，选择maxwell3d/results/create transient report/命令，选择torque/torque1 torque1来查看永磁涡流调速器输出扭矩随时间变化图像，选择loss/solidloss来观察涡流损耗随时间变化图像。
18、进一步，s102中，三维的band域在使用中有如下几点要求：
19、(a)band域的图形使用具有一定的规范，通常情况下，多为正多边形柱体或楔体，圆柱体是不被允许的。
20、(b)band域必须是实心的。
21、(c)通常情况下，减法运算生成band域是不可取的。
22、(d)三维band不能双侧固定仅仅中间运动。
23、(e)除了正多边形柱体，band的形状根据运动物体和运动域来进行设置。
24、进一步，三本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法，其特征在于，基于Maxwell方程组和磁场边界条件，利用分离变量法对系统进行三维建模和电磁分析，建模过程中考虑各个结构参数，气隙间距、转速差、铜环厚度、耦合面积及铜环刻槽数量等各因素变化对系统传递性能的影响，最后通过Ansoft Maxwell有限元分析软件计算分析得到各结构参数对系统的输出扭矩和涡流损耗的影响规律，并通过与实验结果对比验证了三维建模及电磁分析的准确有效性。
2.如权利要求1所述的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法，其特征在于，包括：
3.如权利要求2所述的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法，其特征在于，三维建模的具体过程包括：
4.如权利要求3所述的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法，其特征在于，S102中，三维的Band域在使用中有如下几点要求：
5.如权利要求2所述的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法，其特征在于，三维求解时需要对模型设定求解域，求解域的设定方法有两种，一种是通过软件自带模型来作为求解域，另一种方法就是自己绘制模型作为求解域；求解域范围不宜设
6.一种基于权利要求5所述方法的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析系统，其特征在于，包括：
7.一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～5任意一项所述的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求1～5任意一项所述的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法的步骤。
9.一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现如权利要求4所述的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析系统。
...【技术特征摘要】
1.一种永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法，其特征在于，基于maxwell方程组和磁场边界条件，利用分离变量法对系统进行三维建模和电磁分析，建模过程中考虑各个结构参数，气隙间距、转速差、铜环厚度、耦合面积及铜环刻槽数量等各因素变化对系统传递性能的影响，最后通过ansoft maxwell有限元分析软件计算分析得到各结构参数对系统的输出扭矩和涡流损耗的影响规律，并通过与实验结果对比验证了三维建模及电磁分析的准确有效性。
2.如权利要求1所述的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法，其特征在于，包括：
3.如权利要求2所述的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法，其特征在于，三维建模的具体过程包括：
4.如权利要求3所述的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法，其特征在于，s102中，三维的band域在使用中有如下几点要求：
5.如权利要求2所述的永磁涡流调速器三维建模和电磁分析方法，其特征在于，三维求解时需要对模型...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜盼，夏少军，陈华伟，谭佩钰，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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