高性能同轴式磁力齿轮磁场与性能的分析计算

发布时间：2020-08-05 21:34

【摘要】：磁力齿轮传动由于实现了非接触传动,除可以改变传动的转速和转向外,还具有隔离、隔振、减小摩擦、自动过载保护等诸多优点,正越来越多地应用于风力发电、交通运输、石油化工等行业。高性能磁力齿轮传动有效地提高了永磁材料的利用率,具有良好的传动性能,是目前国内外研究的热门课题。本文对高性能同轴式磁力齿轮传动进行结构设计及性能的分析,其研究具有十分重要的理论意义和工程实用价值。本文根据磁场调制机理,提出一种新型的高性能同轴式磁力齿轮传动,根据不同需要设计了其关键部件调磁极片的两种结构形式,分析了磁力齿轮传动的四种运行形式的实现方法,并对这四种运行形式下的传动比进行了分析,讨论了它们不同的应用场合。本文根据磁场矢量磁势的分布原理,采用永磁体边界等效面电流法,建立了经过调磁极片调制后的磁力齿轮任意一个永磁转子磁场的拉普拉斯方程及其边界条件。对此拉普拉斯方程进行求解,进而得出其磁场分布表达式。磁场分布表达式确定之后,根据电流在磁场中的受力原理,推导出磁力齿轮内、外永磁转子及调磁装置传递的扭矩表达式。利用上述方法,解决了高性能磁力齿轮扭矩计算难题。利用电磁感应原理,得出了调磁极片中的感应电动势与感应电流,从而推导出电流热损耗以及效率的表达式。本文利用Ansoft Maxwell 2D软件,对高性能磁力齿轮传动的磁场进行静态和瞬态有限元模拟分析。首先,利用静态有限元分析求得磁力齿轮的气隙谐波磁场分布,阐明了磁力齿轮实现高性能磁力传动的机理;其次,利用瞬态有限元分析,得出了磁力齿轮内、外磁转子的最大传递扭矩和损耗值;最后,利用扭矩和损耗值算出磁力齿轮的效率变化规律,并对三种运行形式进行综合分析,得出了效率的表达式及其变化规律。上述研究可以为磁力齿轮的设计与优化提供参考。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH132.41
【图文】：

磁力,齿轮

1.2.1传统磁力齿轮研究发展概况磁力齿轮的最初设想要追溯到1940年，在 H.T.Fans的一篇专利中描述了一种磁力齿轮112](图1.1)，这篇专利中的磁力齿轮，将不同数量的永磁体粘装在两个直径不同的圆盘上，其拓扑结构类似于机械直齿轮。在这篇专利中也对磁力蜗轮蜗杆进行了描述，其拓扑结构也类似于机械蜗轮蜗杆。然而在1941年，永磁体只停留在铁氧体磁铁阶段，其磁性只有现代钦铁硼永磁体磁性的1/10，而且在该磁力齿轮的传动过程中，只有一对磁极起到传递扭矩的作用，所以，这种磁力齿轮的扭矩传递能力非常的差

磁力,内齿轮

高磁性的钦铁硼永磁体出现以后，磁力齿轮的开发与研究才开始有了长足的发展。5.幻kuchi和K.Tsurumoto于1987年，1993年和1994年分别提出了磁力内齿轮113](图1.2)、磁力蜗轮蜗杆114)(图1.3)和磁力斜齿轮传动[l5](图1.4)。

拓扑结构图,磁力,高性能,拓扑结构

1.2.2高性能磁力齿轮研究发展概况2001年，英国人K.Aiallah和D.Howe首次提出了高性能磁力齿轮的拓扑结构[z]，如图1.5所示。它采用同轴式结构，内转子和外转子上分别布置有一定数量的永磁体，永磁体磁极对的数量分别是Nl和NZ，在内转子和外转子之间放置有数量为S=Nl+N:的调磁极片。其工作原理为:利用调磁极片，将其中一个转子(如内转子)磁密谐波的磁极对数量Nl，调制成具有磁极对数量为N:的磁密谐波，该磁密谐波的转速和转向均发生了改变，因此，只要将另一个转子(如外转子)的磁极对数量设计成NZ，便可以与该磁密谐波进行等磁极祸合:可以得到与该磁密谐波转速相等的转动速度

【参考文献】