电磁耦合系统中非线性永磁体分布参数模型的研究

具有非线性B-H曲线的铁铬钴、铝镍钴等合金永磁材料由于可加工性好，被广泛应用于电磁耦合系统中。目前在含永磁的电磁耦合系统设计与分析过程中多采用有限元方法，而有限元随着剖分和加载的不同，结果存在较大差异；同时对于复杂模型，有限元法要消耗大量的计算时间。解析法相比于有限元法，计算速度快，参数显式表达，但存在精度不足的缺点。本项目针对解析法计算精度不足的问题，拟提出非线性永磁体分布参数等效模型，在该模型的基础上研究以永磁继电器为代表的电磁耦合系统的解析计算方法，建立永磁继电器电磁耦合系统高精度等效磁路模型，解决永磁磁力线闭合路径分界面判定问题，推导永磁漏磁导计算公式，计算微元起始工作点，通过有限元仿真与实测数据验证所建模型的正确性与准确性。在此基础上将此方法应用于其它含永磁的电磁耦合系统解析计算中。本项目对含永磁的电磁耦合系统解析法设计分析水平的提高具有理论意义及实用价值。

本项目在四年的执行过程中，针对含非线性永磁体的电磁耦合系统设计与分析过程中，使用有限元方法计算结果差异性大、耗时较长的问题，由解析法出发，基于其计算速度快、参数显式表达的优点，克服精度不足的缺点，解决这一电磁系统计算中的关键问题。首先根据非线性永磁体磁特性的分布特点，提出了非线性永磁体分布参数等效模型，建立了永磁体分布参数模型微元，在此基础上针对长方形与扇形这两种最为常见的非线性永磁体，分别对永磁体单体建模方法、关键漏磁导的计算进行了研究，得到了具有一般意义的长方形与扇形永磁体单体建模方法与漏磁导计算方法；对含有这两种类型永磁体的典型电磁耦合系统的解析计算方法进行了研究，建立了基于分布参数模型的永磁电器磁系统等效磁路模型，解决了永磁磁力线闭合路径分界面判定问题，推导了永磁漏磁导计算公式，总结了微元起始工作点计算方法，通过有限元仿真与实测数据验证了该模型的正确性与准确性；编制了可用于漏磁导计算、单体分布参数模型计算与含非线性永磁体电磁耦合系统计算的软件；同时根据分布参数模型建模理论分析过程中测试与验证的需要，研制了永磁体磁场图景绘制仪、永磁体截面磁通自动测试系统等试验设备。项目总计发表文章16篇，其中SCI检索5篇，EI检索8篇，申请及已授权国内专利9项，国际专利2项，在国际会议发表学术报告3次，培养研究生10名，完成了项目的既定研究目标。本项目对含非线性永磁体的电磁耦合系统解析法设计分析水平的提高具有理论意义及实用价值。