新型永磁调磁式磁齿轮的设计与优化

发布时间：2021-01-17 12:06

　　为了提高磁齿轮的输出转矩和运行转速、减小永磁体的涡流损耗,提出一种新型永磁调磁式磁齿轮,分析其工作原理和转矩特性,结果表明相比较传统的磁齿轮,新型永磁调磁式磁齿轮具有传动效率高、转矩密度高、可高速传动的优点。在此基础上,为了获得新型磁齿轮的最优结构参数,以提升输出转矩和减小齿槽转矩为优化目标,提出一种基于参数敏感性和响应面法相结合的多目标优化方法,对新型磁齿轮的永磁调磁块、外转子及内转子永磁体等结构参数进行优化设计,利用有限元法分析优化前后新型磁齿轮的电磁性能,表明多目标优化方法可进一步提升新型磁齿轮的输出性能,为其应用和优化设计奠定了基础。 

【文章来源】：电子测量与仪器学报. 2020,34(07)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

新型磁齿轮内层气隙磁密分布

磁齿轮的矩角特性代表了磁齿轮的转矩传递能力,是评价磁齿轮性能的首要指标。保持新型磁齿轮的外转子固定不动,内转子从初始位置开始,每转动3°求解一次外转子的输出静转矩,直至外转子的转角为90°为止,得到稳态转矩特性曲线如图6所示。由图6可知,在相同的体积条件下,新型磁齿轮的转矩特性与传统磁齿轮基本未发生较大的变化,且新型磁齿轮的最大比传统磁齿轮更大,但永磁体的用量较传统磁齿轮更小,其转矩密度更大。新型磁齿轮的外转子最大转矩大约为430 N·m,内转子最大转矩大约为74 N·m,其外转子转矩和内转子转矩的传动比大约为6,与前述的分析一致,证实了理论分析方法的正确性。3)损耗与效率

损耗和传动效率也是磁齿轮比较关注的指标,相比较传统的机械齿轮,磁齿轮具有更高的效率。其损耗主要包含永磁体涡流损耗、内外转子铁损耗以及调磁块的损耗,传统磁齿轮和本文提出的新型磁齿轮的损耗分布情况如图7所示。由图7可知,由于外转子采用磁阻结构,谐波含量较高,新型磁齿轮的外转子铁心损耗明显高于传统磁齿轮的外转子铁心损耗,且由于内转子磁钢采用内置式结构,其饱和现象明显,导致其内转子铁心的损耗也大于传统磁齿轮;但由于采用了永磁调磁块,不存在外转子永磁体损耗。因此,新型磁齿轮的总损耗小于传统磁齿轮,其传动效率更高。不同输出功率下的两种磁齿轮的传动效率变化曲线如图8所示。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于KELM-SAPSO的开关磁阻电机优化设计[J]. 刘勇智,李杰,鄯成龙,林博闻.  电子测量与仪器学报. 2019(02)
[2]Halbach永磁阵列型轴向调制永磁齿轮[J]. 肖磊,张海,许宝玉.  机械科学与技术. 2019(09)
[3]基于果蝇算法的开关磁阻电机多目标优化研究[J]. 饶盛华,张小平,张铸,赵轩.  电子测量与仪器学报. 2017(07)
[4]基于响应面法的定子永磁型轴向磁通切换电机齿槽转矩优化设计[J]. 王晨,黄金霖.  电子测量与仪器学报. 2017(07)
[5]Halbach阵列同心式磁力齿轮参数分析与优化设计[J]. 井立兵,柳霖,章跃进,苏建华.  电机与控制学报. 2016(03)
[6]基于响应面法的永磁转子偏转式三自由度电动机结构参数的优化设计[J]. 李争,张璐,王群京,伦青青.  电工技术学报. 2015(13)
[7]磁齿轮传动永磁同步风力发电机分析[J]. 刘细平,易靓,刁艳美,左亮平.  微特电机. 2013(07)
[8]Halbach阵列同心式磁力齿轮磁场分析与优化设计[J]. 井立兵,章跃进,李琛,张杭.  中国电机工程学报. 2013(21)
[9]永磁齿轮的阻尼系统及其在人工心脏无接触驱动装置中的应用[J]. 夏东.  电工技术学报. 2013(02)
[10]永磁电机在风力发电系统中的应用及其发展趋向[J]. 王凤翔.  电工技术学报. 2012(03)

博士论文
[1]基于粒子群算法的SR电机转矩脉动全局优化研究[D]. 高洁.河北工业大学 2012
[2]新型磁齿轮复合电机的设计研究[D]. 杜世勤.上海大学 2010



本文编号：2982852