高性能磁力齿轮新型调磁极片结构设计与实验研究

发布时间：2020-11-21 03:32

　　 磁力齿轮是一种能够通过磁耦合实现力和转矩传递的传动装置,其具有无摩擦、无需润滑、隔震和过载保护等优点,并能够实现无接触传动。调磁极片作为高性能磁力齿轮结构中的关键部分,它的引入使得永磁体利用率得到很大提升,进一步提高了磁力齿轮的转矩密度和传动效率。本文主要对以下几个方面进行了研究:(1)提出侧边正弦和侧边三角形调磁极片结构。首先介绍了磁力齿轮的结构组成及其四种工作模式,对开槽率进行了定义,并对侧边正弦和侧边三角形调磁极片结构进行参数设置;其次,引入调制函数概念,利用解析法分析磁力齿轮的调制原理,并运用Matlab软件对无调磁极片和有调磁极片两种情况下径向气隙磁场的分布进行计算。(2)进行不同调磁极片结构时磁力齿轮传动性能有限元模拟分析。利用Ansoft 2D有限元分析软件对磁力齿轮内、外转子永磁体单独励磁且在有、无调磁极片两种情况下的静态磁场进行分析,进一步分析调磁极片对气隙磁场的调制作用,并与理论计算进行比较;利用有限元分析软件分析侧边正弦和侧边三角形调磁极片结构参数与磁力齿轮静态转矩的变化关系,并选出静态转矩性能好的侧边正弦调磁极片结构;然后通过Ansoft 2D和3D有限元分析软件对应用传统扇形调磁极片、侧边正弦曲线幅值分别为2mm和-2mm的侧边正弦调磁极片结构磁力齿轮的传动性能进行模拟分析,得到幅值为2mm侧边正弦调磁极片结构能有效提高磁力齿轮传动性能,从而确立最优型调磁极片结构。(3)推导了高性能磁力齿轮齿槽转矩理论公式。分析了产生磁力齿轮转矩波动的原因,得出齿槽转矩和谐波转矩是产生转矩波动的主要因素;同时分析了单个永磁体相对调磁极片位置变化一个周期时,齿槽转矩形成的过程、调磁极片受到的切向力,获得了齿槽转矩波形的变化规律;通过对磁力齿轮齿槽转矩的组成进行分析,推导出三部分齿槽转矩理论公式;应用Ansoft 2D有限元分析软件分别模拟分析了气隙大小、调磁极片径向厚度、开槽率和正弦曲线幅值对磁力齿轮齿槽转矩的影响。(4)研制了调磁极块数为22的侧边正弦和扇形两种调磁装置,并进行两种调磁装置时的磁力齿轮传动性能实验研究。搭建磁力齿轮传动实验平台,选用永磁体磁极对数分别为7和15的磁力齿轮内、外转子,应用侧边正弦和扇形调磁装置磁力齿轮搭建磁力齿轮实验平台进行传动性能研究,对磁力齿轮的空载损耗,以及在不同负载和输入转速下,应用侧边正弦和扇形调磁极片磁力齿轮转矩、转速进行实验测量,从而获得该两种不同调磁装置下磁力齿轮转矩、转速及传动效率的变化规律。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH132.41
【部分图文】：

高性能磁力齿轮新型调磁极片结构设计与实验研究在早期的磁力齿轮研究中，国内外学者主要是根据机械式齿轮结构提出类磁力齿轮结构。磁力齿轮结构中，依据其结构中是否引入调磁装置将磁力齿为传统磁力齿轮和磁场调制型磁力齿轮两大类：第一类是传统磁力齿轮，即齿轮结构与机械式齿轮类似，本质上说就是用永磁体代替了机械齿轮中轮齿；第二类是磁场调制型磁力齿轮，又称高性能磁力齿轮，其主要是在传统磁轮机构中引入了调磁装置，通过调磁装置对气隙磁场的调制，使得磁场的利得到了很大的提升。上世纪 40 年代 H.T.Faus 在一篇关于磁力齿轮专利[6]中提出盘式磁力齿轮轮蜗杆式磁力齿轮，这两种不同磁力齿轮结构均都是基于机械式齿轮结构拓来，如图 1.1 所示。

江 苏 大 学 硕 士 学 位 论 文轮结构[9]，其在基体上排列设置渐开线形状永磁体，该种磁力齿轮的传动比为3:1，永磁体材料为第二代稀土永磁材料钐钴，且其与径向式磁力齿轮永磁体耦合区域不同，渐开线磁力齿轮机构见图 1.3(a)。在随后的几年里，S.Kikuchi 和K.Tsurumoto 分别在 1993 和 1994 年提出了蜗轮蜗杆[10]和蜗轮蜗杆磁力斜齿轮结构[11]。图 1.3(b)为蜗轮蜗杆磁力齿轮结构，其传动比为 33:1，能够提供的最大转矩为 11.5N·m，转矩密度大约为 0.1kN·m/m3；图 1.3(c)所示为蜗轮蜗杆磁力斜齿轮结构，其结构相当于将蜗杆替换成斜齿轮，传动比为 1:0.575，转矩密度为2.4kN·m/m3，转矩密度大于蜗轮蜗杆磁力齿轮传动转矩密度。

[15]。为了达到对气隙磁场调制的目的，谐波磁力齿轮永磁体之间的气隙大小按照正弦波规律变化，典型的磁力谐波磁力齿轮结构如图1.4所示。图1.4(a)、(b)和(c)中分别是正弦波周期 Pw为 1、2 和 3 所对应的磁力谐波齿轮结构。图 1.4(a)
【参考文献】

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本文编号：2892460