磁场调制式永磁齿轮结构分析与性能研究

发布时间：2017-05-07 08:09

  本文关键词：磁场调制式永磁齿轮结构分析与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：相比机械齿轮,基于磁场耦合原理的磁性齿轮具有诸多显著优点,比如可靠性高、减少维护、自身具备过载保护、非接触式输入输出、噪音低、振动小等,但传统磁性齿轮所能传递的转矩密度较低。由于新型磁场调制式永磁齿轮永磁体利用率高,转矩密度大(可达4003m/mKN?),所以可以与机械齿轮相媲美。本文围绕这种磁场调制式永磁齿轮(Field Modulated Permanent Magnetic Gear,FMPMG)展开研究。基于FMPMG结构的特殊性,采用解析法对其工作原理进行详细分析与推导,认为FMPMG内转子永磁体极对数、调磁环极块数、外转子永磁体极对数之间必须满足一定的数学关系式。提出FMPMG四种工作模式,针对调磁环静止,内、外转子旋转的工作模式,建立内转子、外转子及调磁环三者之间的转矩和转速数学模型,并做进一步深入分析。基于FMPMG结构参数设计要求,应用有限元软件Ansoft设计并建立电磁仿真模型,获得磁场云图及磁力线分布图;对内、外层气隙磁密进行傅里叶分解得出谐波分布图;研究了FMPMG的静态转矩特性、稳态转矩特性及磁场调制机理,总结出稳态转矩特性;深入分析转矩波动原因,提出相应解决方法,并对所建立的数学模型进行验证。铁损是FMPMG主要工作损耗,依据铁损产生机理,研究内外转子轭铁、永磁体内部、调磁极块中磁场的分布规律及在各部中的变化规律;总结了铁损的分布规律,为FMPMG效率计算奠定理论基础;研究了不同转速下的铁损量,总结出铁损与转速关系,提出通过对永磁体分块来减小永磁体涡流损耗的有效方法。基于FMPMG数学模型及求解方法,研究其机械特性,分析最大输出转矩与传动比、调磁环各项参数、内外层气隙、轭铁厚度等几种参数的关系。
【关键词】：永磁齿轮 磁场调制 机械特性 转矩特性 铁损
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究目的及意义9-10
• 1.2 FMPMG国内外发展现状10-14
• 1.3 FMPMG应用14-17
• 1.3.1 齿轮式复合电机14-15
• 1.3.2 在电力机车上的应用15-16
• 1.3.3 在风力发电系统中的应用16-17
• 1.4 本文主要内容17-19
• 第二章 FMPMG结构分析与工作原理19-26
• 2.1 FMPMG基本结构19-20
• 2.2 FMPMG传动原理20
• 2.3 FMPMG工作原理20-25
• 本章小结25-26
• 第三章 FMPMG有限元分析26-37
• 3.1 FMPMG有限元分析方法26-27
• 3.2 FMPMG转矩的数值计算方法27-28
• 3.3 FMPMG仿真模型参数28-29
• 3.4 FMPMG模型静态磁场分析29-34
• 3.5 FMPMG静态转矩特性分析34-36
• 本章小结36-37
• 第四章 FMPMG铁损与效率37-46
• 4.1 永磁材料的特性37-39
• 4.1.1 退磁曲线37-38
• 4.1.2 剩磁密度、矫顽力38
• 4.1.3 内禀退磁曲线38-39
• 4.2 磁场分布规律对铁损的影响39-42
• 4.2.1 FMPMG各部件中磁场分布情况39-42
• 4.3 转速对铁损的影响42-44
• 4.4 永磁体分块对铁损的影响44
• 4.5 FMPMG的效率44-45
• 本章小结45-46
• 第五章 FMPMG机械特性46-58
• 5.1 FMPMG数学模型46-48
• 5.2 FMPMG模型的求解方法48
• 5.3 FMPMG的特性分析48-57
• 5.3.1 传动比与输出转矩的关系48-49
• 5.3.2 调磁环各项参数与输出转矩的关系49-52
• 5.3.3 永磁体厚度与输出转矩的关系52-53
• 5.3.4 永磁体宽度与效率的关系53-54
• 5.3.5 气隙与输出转矩的关系54-56
• 5.3.6 轭铁厚度与转矩关系56-57
• 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-63

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