机电集成磁齿轮机构传动机理及参数优化

发布时间：2017-10-11 13:41

  本文关键词：机电集成磁齿轮机构传动机理及参数优化

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【摘要】：本文提出了一种机电集成磁齿轮传动机构,不仅具有传统磁齿轮无接触、无摩擦、无需润滑、清洁环保、过载保护等优点,而且集传动、驱动、控制于一体,具有传动比大,转矩密度高的优点,可以以较低的转速输出较大的转矩。机电集成磁齿轮机构传动机理。基于机电集成磁齿轮机构的工作机理,采用解析法建立了该机构四层气隙中间位置处气隙磁密数学模型,同时利用麦克斯韦应力张量法推导了其静态转矩,并采用MATLAB得出了该机构气隙磁密曲线、内转子、外调磁环、外定子的静态转矩特性,得到了主要构件上的静态转矩随相对运动角度呈正弦变化规律的结论。机电集成磁齿轮机构有限元仿真。基于电磁场基本理论,利用电磁仿真软件Ansoft Maxwell建立了2D参数化模型,进行有限元电磁仿真计算,得出了该机构中磁场分布情况,四层气隙径向、切向磁密及其空间谐波数,内转子、外调磁环、外定子静态转矩,在验证该机构工作机理的同时分析了主要结构设计参数对内转子、外定子转矩特性和转矩密度的影响规律,得到了主要参数的设计范围。机电集成磁齿轮机构的单目标多参数优化。基于非线性优化设计理论,建立了机电集成磁齿轮机构第一、第二级优化目标函数以及约束条件,利用MATLAB非线性参数优化对其进行了多参数结构优化求解,得出了各结构优化参数值。同时基于MATLAB/GUI,开发了机电集成磁齿轮机构第一级结构参数优化的GUI界面软件。完成了机电集成磁齿轮机构样机的设计、加工、调试,搭建了机电集成磁齿轮转矩特性试验平台,验证了机电集成磁齿轮样机的传动机理以及性能,并对其进行结构改进。
【关键词】：磁齿轮 机电集成 传动机理 优化设计 转矩特性
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题来源及背景10-12
• 1.2 传统磁齿轮结构设计12-14
• 1.3 磁场调制型磁齿轮研究现状14-18
• 1.3.1 磁场调制型磁齿轮机构的发展14-17
• 1.3.2 磁场调制型磁齿轮结构优化17-18
• 1.4 主要研究内容18-19
• 第2章 机电集成磁齿轮机构传动机理19-41
• 2.1 工作原理19-21
• 2.1.1 拓扑结构19-20
• 2.1.2 约束关系20
• 2.1.3 传动比20-21
• 2.1.4 内转子转速21
• 2.2 机电集成磁齿轮转矩特性分析21-40
• 2.2.1 第一级传动部分磁场分析22-32
• 2.2.2 第二级传动部分磁场分析32-38
• 2.2.3 机电集成磁齿轮机构静态转矩38-40
• 2.3 本章小结40-41
• 第3章 机电集成磁齿轮机构有限元仿真41-62
• 3.1 机电集成磁齿轮机构有限元法41-50
• 3.1.1 电磁场有限元分析的基本理论41
• 3.1.2 Ansoft Maxwell几何模型41
• 3.1.3 材料参数41-42
• 3.1.4 网格剖分42-43
• 3.1.5 边界条件43
• 3.1.6 分析参数设定43-44
• 3.1.7 磁力线分布44-45
• 3.1.8 径向和切向磁通密度分布45-46
• 3.1.9 空间谐波次数分析46-47
• 3.1.10 静态转矩47-50
• 3.1.11 稳定工作50
• 3.2 机电集成磁齿轮各设计参数对静态转矩特性的影响50-51
• 3.3 第一级各设计参数对内转子转矩特性影响51-55
• 3.3.1 单相线圈绕组对内转子转矩特性的影响51-52
• 3.3.2 第一层气隙厚度对内转子转矩特性的影响52
• 3.3.3 第二层气隙厚度对内转子转矩特性的影响52-53
• 3.3.4 内调磁环厚度对内转子转矩特性的影响53-54
• 3.3.5 内转子背铁内表面永磁体厚度对内转子转矩特性的影响54
• 3.3.6 内转子背铁厚度对内转子转矩特性的影响54-55
• 3.4 第二级各设计参数对转矩特性的影响规律55-61
• 3.4.1 内转子背铁厚度对外定子转矩特性的影响55-56
• 3.4.2 外定子背铁厚度对外定子转矩特性的影响56-57
• 3.4.3 第三层气隙厚度对外定子转矩特性的影响57
• 3.4.4 第四层气隙厚度对外定子转矩特性的影响57-58
• 3.4.5 外调磁环厚度对外定子转矩特性的影响58-59
• 3.4.6 内转子背铁外表面永磁体厚度对外定子转矩特性的影响59
• 3.4.7 外定子背铁内表面永磁体厚度对外定子转矩特性的影响59-61
• 3.5 本章小结61-62
• 第4章 机电集成磁齿轮机构多参数结构优化设计62-72
• 4.1 内定子外径62-63
• 4.2 第一、第二级传动比63-64
• 4.3 结构参数灵敏度分析64-65
• 4.4 第一级结构参数优化65-67
• 4.4.1 第一级优化目标函数65
• 4.4.2 第一级约束条件65-67
• 4.4.3 第一级结构参数优化求解67
• 4.5 第二级结构参数优化67-70
• 4.5.1 第二级优化目标函数67-68
• 4.5.2 第二级约束条件68-69
• 4.5.3 第二级结构参数优化求解69-70
• 4.6 基于MATLAB/GUI的机电集成磁齿轮机构界面设计70-71
• 4.7 本章小结71-72
• 第5章 机电集成磁齿轮机构样机研制与试验72-78
• 5.1 机电集成磁齿轮机构样机结构参数72
• 5.2 机电集成磁齿轮机构样机72-73
• 5.3 机电集成磁齿轮机构实验73-75
• 5.3.1 实验系统组成74
• 5.3.2 实验元件74
• 5.3.3 实验设备安装74-75
• 5.4 静态转矩实验与分析75-76
• 5.5 结构改进76-77
• 5.6 本章小结77-78
• 结论78-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果83-84
• 致谢84

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本文编号：1012848