高性能磁力齿轮的传动性能分析与实验研究

发布时间：2017-08-03 01:13

  本文关键词：高性能磁力齿轮的传动性能分析与实验研究

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【摘要】：磁力齿轮是通过磁场耦合作用来实现无接触式传递的一种传动装置,它具有磁力传动的优点,如无需润滑、无噪声、自动过载保护等,还能有效地缩减装置的尺寸和重量,以及提高结构的稳定性。此外,调磁极片的引入,又大大提高了磁力齿轮的转矩密度和传递效率,使得磁力齿轮的应用范围更为广泛,应用价值更高。本文主要对磁力齿轮的如下几个方面进行研究:(1)首先介绍磁力齿轮的结构特点,通过解析法阐述了磁力齿轮中调磁极片的磁场调制原理,介绍磁力齿轮的三种运行方式,及其传动比的计算公式;引入磁力齿轮的矩角特性的概念,并针对内、外转子及其调磁极片的矩角特性进行受力分析;此外,以瓦片形永磁体转子为模型,分析其气隙磁场的解析公式,并利用Matlab软件计算得到了永磁转子气隙磁场的磁感应强度沿径向、切向与轴向三个方向的分量大小。(2)利用Maxwell 2D对磁力齿轮的磁场调制原理进行有限元仿真,分别对内、外转子单独励磁时,有、无调磁极片的两种情况下内、外气隙磁场进行分析;由于气隙磁场强度直接关系到磁力齿轮的传动性能,通过Ansoft 3D软件建立磁力齿轮模型,并针对永磁转子磁场的磁感应强度和引入调磁极片后磁场的磁感应强度,以及永磁转子的气隙磁场和永磁转子经过调磁极片调制后的气隙磁场进行有限元分析。最后,通过分析同一参数下磁力齿轮的二维和三维有限元模型来说明端部效应对转矩的影响,及其产生的原因。(3)基于磁力齿轮的三种运动方式,推导双转子转动下的转矩计算公式,利用Maxwell 2D对三种运动方式下的磁力齿轮的传动性能进行仿真分析,探究在不考虑损耗的情况下,随着负载的增大,其转速和转矩的变化规律;此外,在考虑损耗时,针对调磁极片固定下的磁力齿轮,研究输入转速和负载的变化对磁力齿轮的转速、转矩以及效率的影响。(4)研制一台内、外转子极对数分别为7和15,调磁极片极块数为22的圆筒形高性能磁力齿轮样机,利用三维静态气隙磁场测量的实验平台,对高性能磁力齿轮静态下的内、外转子气隙磁场的径向、切向与轴向分量的三维空间分布及其调制后气隙磁场的径向、切向和轴向的三维分布图进行分析;此外,利用高性能磁力齿轮的双转子转动时的传动性能实验装置对此样机进行了双转子转动性能的实验研究,分析调磁极片固定下磁力齿轮的空载损耗,以及分别改变转速和负载时,其转速、转矩以及效率的变化关系。
【关键词】：高性能磁力齿轮 双转子转动 三维静态气隙磁场 传动性能分析 有限元仿真 实验研究
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 磁力齿轮发展概况12-22
• 1.2.1 传统磁力齿轮的发展12-15
• 1.2.2 高性能磁力齿轮发展15-19
• 1.2.3 磁力齿轮的应用19-22
• 1.3 本课题主要研究内容22-23
• 1.4 本章小结23
• 本论文课题支撑23-24
• 第二章 高性能磁力齿轮的工作原理和矩角特性分析24-35
• 2.1 磁力齿轮的结构特点和磁场调制原理24-26
• 2.1.1 磁力齿轮的结构特点24
• 2.1.2 磁力齿轮的磁场调制原理24-26
• 2.2 磁力齿轮的三种运动方式及其传动比26-27
• 2.3 磁力齿轮的矩角特性27-28
• 2.4 永磁转子气隙磁场的解析化求解28-34
• 2.4.1 永磁转子的解析模型28-29
• 2.4.2 气隙磁场的解析原理29-31
• 2.4.3 气隙磁场的离散化求解31-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 磁力齿轮的气隙磁场与端部效应的有限元分析35-46
• 3.1 磁力齿轮的二维有限元分析35-40
• 3.1.1 调磁极片的磁场调制作用的二维有限元分析36-40
• 3.1.2 磁力齿轮的矩角特性分析40
• 3.2 气隙磁场的三维有限元仿真40-43
• 3.2.1 三维仿真模型的建立40-41
• 3.2.2 三维静态气隙磁场的仿真41-43
• 3.3 磁力齿轮的端部效应分析43-45
• 3.3.1 端部效应对转矩的影响43-44
• 3.3.2 端部效应产生的原因44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 高性能磁力齿轮双转子转动时的传动性能仿真46-54
• 4.1 双转子转动下的传动转矩计算46
• 4.2 三种运动方式下的有限元仿真分析46-49
• 4.2.1 调磁极片固定时47-48
• 4.2.2 内转子固定时48
• 4.2.3 外转子固定时48-49
• 4.3 负载变化对双转子转动下传动性能的影响49-53
• 4.3.1 负载变化对转速的影响50-51
• 4.3.2 负载变化对转矩的影响51-52
• 4.3.3 负载变化对效率的影响52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 高性能磁力齿轮的传动性能测试与分析54-64
• 5.1 实验样机54
• 5.2 三维静态气隙磁场的测量54-59
• 5.2.1 实验装置54-55
• 5.2.2 实验内容及测量结果55-56
• 5.2.3 实验结果分析56-59
• 5.3 双转子转动时的传动性能测量59-63
• 5.3.1 空载损耗的测量59-60
• 5.3.2 双转子转动时的传动性能的测量60-61
• 5.3.3 传动效率的测量61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-67
• 6.1 总结64-65
• 6.2 展望65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的论文72

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本文编号：612026