磁阻式大变比降速磁性齿轮的研究

发布时间：2017-10-21 01:28

  本文关键词：磁阻式大变比降速磁性齿轮的研究

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【摘要】：近些年来,齿轮传动在现代动力传动系统中占据相当重要的地位,但是现有的齿轮绝大多数都是依靠直接接触啮合进行能量传输的传统机械齿轮,磁性齿轮作为一种新兴的传动机构,对比传统的机械齿轮具有低噪音、高效率、便于维护、高可靠性、寿命长以及过载保护等优点,所以在工农业生产等很多领域有广泛的应用前景。磁性齿轮的工作原理主要是依靠磁场的耦合作用来传递力矩和转速,在输入和输出之间没有机械接触。根据磁通总是力图通过磁阻最小路径的磁阻电机原理,本文首先对磁阻式大变比降速磁性齿轮的结构、特性和运行原理进行了分析。设计了25：1变比、4对定子和1对内转子磁极的结构。并以此结构为例利用电磁场有限元分析软件Ansys对整体结构的磁场进行静态有限元仿真,得到磁力线分布、磁场强度分布以及磁感应强度矢量分布等电磁场特性,计算力矩,得出力矩与机械角与电角度之间的关系曲线。此外,基于等效磁路法和等效电流法建立了所提出结构的数学模型。然后,在静态仿真的基础上,运用Ansoft软件,在瞬态情况下,分析了该结构磁性齿轮随着时间变化下的磁矢量和磁力线的分布情况。并对外转子转矩的动态过程做了仿真分析,仿真显示外转子转矩在3周内没有失步情况发生,实现了空载下同步旋转的设计目标。最后,对磁性齿轮的设计尺寸,以及影响其工作性能的内部参数进行了分析,并分别绘制出内转子永磁体磁极长度、齿高以及气隙厚度与最大转矩的关系曲线。在考虑实际工程加工水平的前提下对磁性齿轮进行了结构优化。参考电机设计的原则,讨论了实际情况下磁性齿轮的磁滞损耗和涡流损耗。
【关键词】：磁性齿轮 转矩特性 有限元分析 磁阻电机
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM352;TH132.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的背景、目的及意义11-12
• 1.2 磁性齿轮研究发展状况12-16
• 1.2.1 传统磁力驱动技术的特点12-13
• 1.2.2 传统磁性齿轮研究发展状况13-15
• 1.2.3 高性能磁性齿轮研究发展状况15-16
• 1.3 永磁磁性齿轮的结构特点16-17
• 1.4 本文研究的主要内容17-19
• 第2章 大变比降速磁性齿轮的工作原理与结构19-37
• 2.1 基于磁阻式电机的大变比降速磁性齿轮的基本理论19-29
• 2.1.1 电磁场基本理论19-21
• 2.1.2 磁路的基本概念21-26
• 2.1.3 磁阻电机的基本原理26-29
• 2.2 磁性齿轮运行原理29-31
• 2.2.1 磁性齿轮运行过程29-30
• 2.2.2 磁性齿轮运行状态分析30-31
• 2.3 永磁材料特性主要参数31-36
• 2.3.1 饱和磁场强度31
• 2.3.2 剩余磁感应强度和矫顽力31-32
• 2.3.3 磁导率32-33
• 2.3.4 凸度系数33-34
• 2.3.5 几种常用永磁体材料的特性34-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 大变比降速磁性齿轮静态磁场分析37-57
• 3.1 ANSYS软件简介37-40
• 3.1.1 ANSYS二维有限元分析的基本过程37-38
• 3.1.2 矢量磁位和磁力计算38-40
• 3.2 磁性齿轮参数整定40-43
• 3.3 磁性齿轮磁场的静态有限元分析过程43-52
• 3.3.1 基本假设43-44
• 3.3.2 磁性齿轮的二维有限元分析过程44-50
• 3.3.3 磁性齿轮的静态转矩分析50-52
• 3.4 磁性齿轮的静态数学模型52-55
• 3.4.1 等效磁路法52-53
• 3.4.2 等效电流法53-55
• 3.5 本章小结55-57
• 第4章 大变比降速磁性齿轮瞬态有限元分析57-71
• 4.1 Ansoft软件概述57-59
• 4.1.1 Maxwell 2D的材料管理57-58
• 4.1.2 Maxwell 2D的边界条件和激励源58-59
• 4.1.3 Maxwell 2D的网格剖分和求解器设置59
• 4.2 有限元瞬态磁分析原理59-61
• 4.2.1 二维有限元计算方法59-60
• 4.2.2 瞬态分析60-61
• 4.3 磁性齿轮瞬态分析过程61-70
• 4.3.1 二维瞬态建模过程61-63
• 4.3.2 二维瞬态磁场分布63-68
• 4.3.3 瞬态转矩分析68-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第5章 大变比降速磁性齿轮的参数优化71-77
• 5.1 磁性齿轮内部参数和转矩关系71-75
• 5.1.1 内转子永磁体磁极长度对转矩的影响71-72
• 5.1.2 齿高对转矩的影响72-73
• 5.1.3 气隙厚度对转矩的影响73-74
• 5.1.4 磁性齿轮参数优化小结74-75
• 5.2 磁性齿轮的损耗分析75-76
• 5.2.1 磁滞损耗75-76
• 5.2.2 涡流损耗76
• 5.3 本章小结76-77
• 第6章 总结与展望77-79
• 6.1 总结77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 攻读硕士期间发表论文85

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本文编号：1070500