新型磁場調(diào)制式磁性齒輪的設(shè)計(jì)研究.pdf

1、磁性齒輪依靠磁場作用傳遞轉(zhuǎn)矩，其輸入與輸出之間非接觸性傳遞的特點(diǎn)使得它在特定場合較機(jī)械齒輪具有特殊的優(yōu)勢。但是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)磁性齒輪轉(zhuǎn)矩密度低，限制了磁性齒輪的推廣應(yīng)用。新型磁場調(diào)制式磁性齒輪內(nèi)外轉(zhuǎn)子采用同心式結(jié)構(gòu)，有效提高了永磁體的利用率，其轉(zhuǎn)矩密度較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)有了較大的提高，因此具有較好的應(yīng)用前景。本文圍繞這種新型磁場調(diào)制式磁性齒輪展開研究，具體做了以下幾方面的工作： 第一，采用解析法和二維有限元法對(duì)磁場調(diào)制式磁性齒輪的工作原理進(jìn)行

2、了詳細(xì)分析，特別是對(duì)調(diào)磁環(huán)在這種新型磁性齒輪中的作用進(jìn)行了重點(diǎn)研究，突出了調(diào)磁環(huán)所起到的磁場調(diào)制作用；在對(duì)新型磁性齒輪的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)問題進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)制造了一臺(tái)傳動(dòng)比為7.33:1的新型磁性齒輪；并對(duì)磁性齒輪的兩個(gè)重要特性--即靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩特性進(jìn)行了有限元計(jì)算分析。 第二，根據(jù)國外文獻(xiàn)資料，其所開發(fā)新型磁性齒輪樣機(jī)實(shí)測最大轉(zhuǎn)矩與二維有限元計(jì)算結(jié)果存在較大差異。本文在詳細(xì)介紹基于標(biāo)量磁位的三維有限元方法的基礎(chǔ)

3、上，編制了三維有限元程序，并將該程序成功地應(yīng)用到新型磁性齒輪的分析之中，研究了新型磁性齒輪端部效應(yīng)對(duì)計(jì)算靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性的影響。通過對(duì)二維有限元、三維有限元不考慮端部效應(yīng)、三維有限元考慮端部效應(yīng)計(jì)算結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比分析，表明新型磁性齒輪的端部效應(yīng)非常明顯，準(zhǔn)確的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩計(jì)算必須采用三維有限元進(jìn)行。同時(shí)由于本文采用了標(biāo)量磁位法，使得三維有限元計(jì)算時(shí)間大大減少，為采用三維有限元法進(jìn)行新型磁性齒輪參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。 第三，磁性

4、齒輪中鐵損耗是其主要損耗，本文以有限元為輔助工具，對(duì)新型磁性齒輪的鐵損耗問題進(jìn)行了詳細(xì)分析，指出了降低鐵損耗，提高傳動(dòng)效率的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。根據(jù)新型磁性齒輪的工作原理，要實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的傳動(dòng)比，其內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)有多種選取方案。本文從優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對(duì)比分析了不同磁極對(duì)數(shù)對(duì)磁性齒輪性能的影響，并在此基礎(chǔ)上指出了新型磁性齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極對(duì)數(shù)選取原則。第四，從提高磁性齒輪機(jī)械可靠性的角度出發(fā)，提出了一種外轉(zhuǎn)子改進(jìn)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并申請(qǐng)了專利。利用三維

5、有限元程序?qū)υ摻Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究了4個(gè)主要設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)磁性齒輪性能的影響情況，并在此基礎(chǔ)上制造了樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該樣機(jī)轉(zhuǎn)矩密度和傳遞效率均較高，具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。 第五，目前磁性齒輪的研究基本上都是關(guān)于其靜態(tài)特性的研究。磁性齒輪不具有自起動(dòng)能力，其運(yùn)轉(zhuǎn)是依靠外部裝置驅(qū)動(dòng)運(yùn)行的，要進(jìn)行比較完善的磁性齒輪動(dòng)態(tài)性能研究，就必須建立起其外部驅(qū)動(dòng)裝置與磁性齒輪的聯(lián)合仿真模型。本文以時(shí)步法為基礎(chǔ)，建立起了電機(jī)配磁性齒輪傳遞系統(tǒng)