盤式永磁渦流驅動器由于磁場和結構的優勢，廣泛應用于風機、泵、阻尼系統等工業領域。與傳統機械傳動設備相比，盤式永磁渦流驅動器具有軟啟動、隔離振動、自然保護過載、容忍較大對中誤差等優勢。

由于盤式永磁驅動器直接利用渦流產生轉矩，銅盤中產生的感應電流將會產生渦流損耗。渦流損耗引起的溫升將會導致永磁體不可逆的退磁，進而惡化電磁性能。因此，建立盤式永磁渦流驅動器的電磁-溫度耦合解析模型，進行電磁場解析計算和溫度場分析就非常必要和有意義。

目前，盤式永磁渦流驅動器的研究主要集中在轉矩特性的分析。文獻[5]提出改進的二維電磁場解析模型進行轉矩特性分析。文獻[6]提出適用于小滑差情況的快速計算轉矩方法，對穩態和暫態的轉矩特性進行了分析。文獻[7]提出三維解析模型用于分析轉矩和軸向力。

文獻[8]提出考慮端部效應和曲率效應的改進三維解析模型用于分析轉矩特性。文獻[9]提出混合二維解析模型用于得到轉矩的閉環表達式。文獻[10]基于等效磁路法建立解析模型用于推導轉矩公式，并分析參數變化對轉矩的影響。但是，電磁場分析和溫度場分析有著很強的相互作用關系。

電磁場分析中的損耗作為熱源，將會引起溫升，反過來溫升又會影響電磁場分布和損耗。因此，為了確保盤式永磁渦流驅動器的成功設計和長時間工作，基于電磁-溫度耦合解析模型進行電磁場解析計算與溫度場分析十分必要。

文獻[12]建立了三維電磁場解析模型計算渦流損耗，并預測銅盤溫度，但該解析模型僅適用于低滑差速度的情況，不適用于整個工作范圍。建立電磁-溫度耦合模型的方法有解析法和有限元法。盡管有限元法對精確計算較為有效，但該方法較為復雜、靈活性差、計算時間長。相比之下，解析法具有簡單、計算時間短、物理意義直觀等特點，適用于初步設計和基礎特性分析。

本文提出了盤式永磁渦流驅動器的電磁-溫度耦合解析模型，用于電磁場解析計算與溫度場分析。該解析模型適用于盤式永磁渦流驅動器的整個工作范圍。

首先，基于分離變量法建立三維電磁場解析模型，解析計算轉矩和渦流損耗。然后，建立等效熱網絡模型用于溫度場分析，考慮材料特性隨溫度變化，進行電磁-溫度耦合分析。最后，進行三維有限元分析和樣機實驗驗證，將氣隙磁場分布、轉矩、結構參數對轉矩的影響、渦流損耗、溫度分布等電磁-溫度耦合解析模型結果與有限元和實驗結果進行對比，證明解析方法的正確性。

圖1 盤式永磁渦流驅動器結構

圖8 盤式永磁渦流驅動器實驗平臺

結論

本文提出了盤式永磁渦流驅動器的電磁-溫度耦合解析模型，進行了電磁場解析計算和溫度場分析。通過研究分析，得出以下結論：

1）在柱坐標系下，建立了三維電磁場解析模型用于計算電磁場分布，并推導出轉矩和渦流損耗表達式。

2）建立了盤式永磁渦流驅動器等效熱網絡模型進行溫度場分析。本文提出的電磁-溫度耦合解析模型考慮材料電磁和溫度特性隨溫度變化，通過溫度迭代實現模型的計算。

3）基于本文提出的電磁-溫度耦合解析模型，分析了氣隙磁場分布，轉矩、渦流損耗、永磁體和銅盤溫升隨負載的變化，并分析了結構參數對轉矩的影響。

4）本文對盤式永磁渦流驅動器進行了三維有限元和實驗驗證，并將解析結果與有限元和實驗結果進行了對比。結果表明，本文提出的電磁溫度耦合解析模型是合理的、正確的，可以為盤式永磁渦流驅動器的設計和開發提供一個相當準確的參考依據。