摆线式永磁齿轮动静态特性研究

发布时间：2017-08-25 12:07

  本文关键词：摆线式永磁齿轮动静态特性研究

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【摘要】：本文研究了一种新型非接触式永磁机构——摆线式永磁齿轮(Cycloid Permanent Magnetic Gear,CPMG),与少齿差机械齿轮相似,可实现较大传动比。CPMG参与转矩传递的永磁体极对数多,且只有一层气隙,因此磁场损耗小,转矩密度可达180kNm/m3以上,具有推广应用的前景。本文首先介绍磁齿轮的国内外发展现状及应用,并基于机械摆线齿轮阐述CPMG的基本结构,说明了三种不同结构的工作原理。同时,依据电磁场理论利用极坐标下的矢量磁位和电磁场理论,对CPMG的气隙磁场和转矩进行理论分析。基于CPMG运行机理以及设计要求,给出各个模型参数的计算方法,可对其各关键结构参数进行初步设计。同时,依据所选模型参数运用Ansoft有限元仿真软件建立了电磁场仿真模型,并与所建立的CPMG气隙磁场及转矩理论模型进行对比验证。考虑到CPMG的内部结构参数众多,磁路复杂,基于控制变量法,利用Ansoft逐一分析所选模型参数与转矩的关系。针对所设计的模型进行参数优化,并通过进一步分析其运行原理,建立合适的等效模型。深入分析了优化后模型稳定运行及过载保护两种情况下的速度、转矩曲线,并对其进行涡流损耗的分析计算。通过消除内永磁转子的径向约束,从机械特性角度对所建的CPMG模型内永磁转子进行受力分析,推导出其切向力矩及法向力矩的理论模型。为确定力矩计算式中的未知参数,进一步对其内部结构尺寸进行了计算,并对力矩理论计算与仿真结果进行对比分析,确定了CPMG的基本结构参数。
【关键词】：摆线式永磁齿轮 磁场分析 参数设计 优化分析 动静态特性
【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9-17
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 磁齿轮发展现状10-14
• 1.3 CPMG研究现状14-15
• 1.4 论文主要研究内容15-17
• 第二章 CPMG气隙磁场及转矩理论分析17-37
• 2.1 CPMG基本结构17-19
• 2.2 CPMG工作原理19-22
• 2.3 永磁材料特性22-26
• 2.3.1 退磁曲线22-23
• 2.3.2 回复线23-24
• 2.3.3 内禀退磁曲线24-25
• 2.3.4 稳定性25-26
• 2.4 CPMG气隙磁场理论计算26-33
• 2.4.1 两对极外啮合永磁齿轮气隙磁场二维极坐标径向分量计算26-32
• 2.4.2 CPMG气隙磁场计算32-33
• 2.5 CPMG转矩数值计算33-36
• 本章小结36-37
• 第三章 CPMG模型参数设计及有限元分析37-47
• 3.1 仿真模型参数初选37-42
• 3.1.1 设计要求38
• 3.1.2 各个结构参数选取与计算38-42
• 3.2 气隙磁场及转矩有限元分析42-46
• 3.2.1 气隙磁场有限元分析43-45
• 3.2.2 电磁转矩有限元分析45-46
• 本章小结46-47
• 第四章 CPMG结构参数优化及动态特性分析47-58
• 4.1 CPMG结构参数优化47-51
• 4.1.1 内外轭铁厚度与输出转矩的关系47-48
• 4.1.2 内外永磁体厚度与输出转矩的关系48-49
• 4.1.3 气隙长度与输出转矩的关系49-51
• 4.2 CPMG动态仿真分析51-54
• 4.2.1 模型等效51-52
• 4.2.2 CPMG等效模型的转速与转矩分析52-53
• 4.2.3 CPMG过载保护仿真53-54
• 4.3 CPMG涡流损耗计算54-57
• 4.3.1 CPMG涡流损耗的理论计算55-56
• 4.3.2 CPMG涡流损耗二维有限元仿真56-57
• 本章小结57-58
• 第五章 CPMG机械静力学分析58-67
• 5.1 力矩理论分析58-61
• 5.2 模型参数选择计算与分析61-66
• 5.2.1 径向力和切向力仿真计算61-62
• 5.2.2 输入轴及其轴承选择与计算62-63
• 5.2.3 销钉半径、销钉轴承以及其中心圆半径的选择63
• 5.2.4 输出轴及其轴承选择与计算63-65
• 5.2.5 整体模型结构确定65-66
• 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文71-72
• 致谢72-73

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本文编号：736737