新型直线旋转运动磁力耦合器的设计与分析

发布时间：2017-04-09 00:21

  本文关键词：新型直线旋转运动磁力耦合器的设计与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与机械齿轮相比,磁力耦合器具有非接触式传动,无摩擦、噪音小和振动弱;无需润滑,自动过载保护等优点。近年来,磁力耦合器的研究不断深入,新型拓扑结构层出不穷,磁力耦合器的转矩密度大幅提升,运行性能不断提高,在诸多应用领域已经取代机械齿轮。除功率密度和运行性能以外,多自由度运动也是磁力耦合器的研究方向之一。工业技术的不断发展和传动领域装置的日趋复杂,对磁力耦合器的运动形式提出了更高的要求。本文吸收和拓展现有研究成果,将磁场调制原理融入磁力耦合器,结合磁力耦合器的运动形式,提出了一种新型的直线旋转运动磁力耦合器。该耦合器具有结构形式灵活、磁场耦合面积大、功率密度高等优点。本文围绕新型直线旋转运动磁力耦合器展开研究,主要研究工作包括：1)按时间顺序综述磁力耦合器的发展历程,根据磁场特性和运动形式分类磁力耦合器,分析各类磁力耦合器的特点,揭示磁力耦合器的研究热点、应用和进一步研究工作。2)解析分析直线旋转运动磁力耦合器的磁场调制原理和工作原理,揭示磁场调制原理在磁力耦合器中的应用价值。3)提出一种永磁磁场相互作用下电磁转矩和电磁推力的计算方法,将永磁体依次等效为面电流和线电流,基于洛伦兹力计算转矩和推力；分析不同结构调磁铁块的调磁性能,从磁密幅值和谐波次数进行判断,找到调磁铁块的最优结构,确定磁力耦合器的初始设计参数。4)基于Maxwell建立有限元计算模型,计算和分析磁场分布、静态转矩、静态推力、定位转矩和定位力等静态特性;给出直线旋转运动磁力耦合器性能测试方法,完成静态转矩、静态推力、定位转矩和定位力的实验测试,指出影响实验结果的重要因素。5)建立直线旋转运动磁力耦合器的有限元参数化模型,分析各个设计参数对磁力耦合器性能的影响;采用实验设计的方法,综合优化直线旋转运动磁力耦合器的结构参数。
【关键词】：直线旋转运动 磁力耦合器 调磁性能 有限元分析 综合优化
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN622
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-23
• 1.1 研究背景和选题意义9
• 1.2 磁力耦合器发展概述9-10
• 1.3 磁力耦合器分类10-18
• 1.3.1 按磁场特性分类11-16
• 1.3.2 按运动形式分类16-18
• 1.4 磁力耦合器研究内容18-21
• 1.4.1 研究热点18
• 1.4.2 应用前景18-20
• 1.4.3 进一步研究工作20-21
• 1.5 本文研究内容和论文结构21-23
• 1.5.1 本文研究内容21-22
• 1.5.2 论文结构22-23
• 第二章 磁力耦合器基本结构与工作原理23-27
• 2.1 引言23
• 2.2 基本结构23
• 2.3 磁场调制原理23-24
• 2.4 工作原理24
• 2.5 本章小结24-27
• 第三章 磁力耦合器的设计27-43
• 3.1 引言27
• 3.2 基于永磁体作用等效方法的转矩和推力计算27-29
• 3.2.1 永磁体等效为面电流27-28
• 3.2.2 面电流等效为线电流28-29
• 3.2.3 转矩计算29
• 3.2.4 推力计算29
• 3.3 调磁铁块结构设计29-41
• 3.3.1 计算方法与建模29-30
• 3.3.2 “I”形调磁铁块30-33
• 3.3.3 “L”形调磁铁块33-37
• 3.3.4 径向发散形调磁铁块37-41
• 3.4 磁力耦合器结构参数41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 磁力耦合器的静态特性43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 静态特性计算与分析43-46
• 4.2.1 磁场分布43
• 4.2.2 静态转矩43-44
• 4.2.3 静态推力44-45
• 4.2.4 定位转矩45
• 4.2.5 定位力45-46
• 4.3 实验结果与分析46-52
• 4.3.1 实验平台46
• 4.3.2 实验结果与分析46-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 磁力耦合器设计参数综合优化53-61
• 5.1 引言53
• 5.2 结构参数对静态特性影响53-57
• 5.2.1 结构参数几何约束关系53
• 5.2.2 内外气隙大小的影响53-54
• 5.2.3 调磁铁块径向长度的影响54-57
• 5.2.4 调磁铁块宽度的影响57
• 5.3 磁力耦合器的优化设计57-60
• 5.3.1 DOE方法58
• 5.3.2 推力和转矩最大化设计58-59
• 5.3.3 定位力和定位转矩最小化设计59-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 总结61
• 6.2 展望61-63
• 参考文献63-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文67
• 攻读硕士学位期间发表的专利67-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张鑫;王秀和;杨玉波;;基于改进磁场分割法的开关磁阻电机径向力波抑制能力解析计算[J];电工技术学报;2015年22期

2 石松宁;王大志;;消弱永磁驱动器齿槽转矩的斜极优化方法[J];电工技术学报;2015年22期

3 司纪凯;艾立旺;谢璐佳;曹文平;朱艺锋;;两自由度直驱感应电机电磁场分析和特性计算[J];电工技术学报;2015年14期

4 李祥林;程明;邹国棠;李顺;;聚磁式场调制永磁风力发电机工作原理与静态特性[J];电工技术学报;2014年11期

5 鲍晓华;方勇;程晓巍;吕强;;基于三维有限元的大型充水式潜水电机端部涡流损耗[J];电工技术学报;2014年07期

6 罗文;金孟加;沈建新;;磁场调制型多功率端口电机及其建模分析[J];微特电机;2014年05期

7 孔繁镍;李啸骢;吴杰康;李刚;;具有多性能指标的水轮机调速器非线性设计[J];电工技术学报;2014年04期

8 王剑;白洋;郭吉丰;;旋转-直线型两自由度超声波电机建模与设计[J];电工技术学报;2013年11期

9 林鹤云;阳辉;黄允凯;房淑华;;记忆电机的研究综述及最新进展[J];中国电机工程学报;2013年33期

10 菅志军;;永磁磁力耦合器矩角特性和涡流损耗的研究[J];微电机;2013年08期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王利利;磁场调制型永磁齿轮与低速电机的研究[D];浙江大学;2012年

2 刘新华;新型磁场调制式磁性齿轮的设计研究[D];上海大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 王云冲;轴向磁通磁场调制式永磁电机的研究[D];浙江大学;2013年

2 林佳;磁场调制型磁性齿轮的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

3 赵程;轴向盘式结构大力矩永磁变速器研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

4 王双全;磁阻—永磁磁性齿轮的研究[D];东北大学;2010年

5 张建涛;永磁齿轮特性仿真及其在人工心脏中的应用研究[D];中国科学院研究生院（电工研究所）;2005年

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本文编号：294062