基于电机原理磁性齿轮的研究

发布时间：2018-05-19 21:07

  本文选题：磁性齿轮 + 磁阻电机　； 参考：《东北大学》2012年硕士论文

【摘要】：相对于机械齿轮传动,非接触式的磁性齿轮具有效率高,噪声小,易维护,使用寿命长,具有过载保护功能等特点。然而,现有的磁性齿轮也有各自的缺点：变比小,转矩密度低,永磁利用率低、成本高等问题。本文针对目前磁性齿轮各类结构的缺点,研究同轴以及旋转到直线传动形式上的大变比,高效率,高转矩密度,高永磁利用率,低成本非接触式磁性齿轮结构。 本文首先对基于磁阻电机原理的大变比降速磁性齿轮进行了结构介绍和运行原理阐述,并提出定子和内转子的改进结构；之后应用等效电流法和等效磁路两种方法建立此结构数学模型；并以25：1变比、3对定子和1对内转子磁极的方案为例,应用有限元分析方法进行静态仿真,分析电磁场特性,并计算转矩；应用系统理论方法,进行动态分析,并获得动态运行过程的详细情况。 其次本文提出一种双层定子双向传动的磁性齿轮结构,此结构实现大变比、大转矩的同时也可以实现双向传动。在详细介绍其结构设计和工作原理,并应用等效磁路法建立数学模型之后,本文以低速转子20对磁极,高速转子单层1对磁极,19对定子导磁条,20：1变比的实施方案为例,应用有限元方法分析此结构的电磁场特性；根据此结构特性进行分析,从高速转子、低速转子和定子三个角度分别阐述优化方案。 最后本文提出一种旋转到直线传动的磁性齿轮结构,对结构设计和工作原理进行了详细的介绍,并应用等效电流法和等效磁路两种方法建立数学模型；然后运用有限元方法分析此结构的电磁场特性,计算转矩,根据此结构的结构特性进行分析,从直线筒的梳齿结构、转子上的永磁体以及永磁体与梳齿的搭配三个方面分别阐述优化方案。 本文提出的新结构是综合永磁电机效率高和磁阻电机步进角小的优点,以少量的永磁体获得较高的转矩,利用永久磁铁和铁磁性材料的合理设计和组合,实现封闭空间多传动形式的变比传动。同时在理论上,针对现在动态分析方法的缺陷,结合控制理论,创新建模方式,形成系统、完善的动态分析方法,以获取完备的动态指标数据。本文提出磁性齿轮结构的设计理念和分析方法都具有独创性,并且具有重要的实际应用价值。
[Abstract]:Compared with mechanical gear transmission, non-contact magnetic gear has the characteristics of high efficiency, low noise, easy maintenance, long service life and overload protection. However, the existing magnetic gears also have their own shortcomings: small ratio of change, low torque density, low utilization rate of permanent magnet, high cost and so on. Aiming at the shortcomings of all kinds of magnetic gear structures at present, this paper studies the structure of coaxial and non-contact magnetic gears with high ratio of change, high efficiency, high torque density, high permanent magnet utilization rate and low cost. In this paper, the structure and operation principle of magnetic gear with large variable ratio based on the principle of magnetoresistive motor are introduced, and the improved structure of stator and inner rotor is put forward. Then the mathematical model of the structure is established by using the equivalent current method and the equivalent magnetic circuit method, and taking the scheme of 25:1 variable ratio 3 pairs of stator and 1 inner rotor pole as an example, the finite element analysis method is used to carry out static simulation to analyze the characteristics of electromagnetic field. The torque is calculated, and the dynamic analysis is carried out by using the system theory and method, and the details of the dynamic running process are obtained. Secondly, this paper presents a magnetic gear structure with double stator bidirectional transmission, which can realize bidirectional transmission with large ratio of variation and high torque at the same time. After introducing its structure design and working principle in detail, and applying the equivalent magnetic circuit method to establish the mathematical model, this paper takes the low speed rotor 20 pairs of magnetic poles, the high speed rotor monolayer 1 pair magnetic pole 19 pairs of stator magnetic conductance bar 20: 1 variable ratio as an example. The electromagnetic field characteristics of the structure are analyzed by finite element method, and the optimization scheme is described from the three angles of high speed rotor, low speed rotor and stator respectively. Finally, a magnetic gear structure with rotation to linear transmission is proposed. The structure design and working principle are introduced in detail, and the mathematical model is established by using the equivalent current method and the equivalent magnetic circuit method. Then using the finite element method to analyze the electromagnetic field characteristics of the structure, calculate the torque, according to the structural characteristics of the structure analysis, from the straight-line tube comb structure, The optimization scheme of permanent magnet on rotor and the collocation of permanent magnet and comb are discussed respectively. The new structure proposed in this paper integrates the advantages of high efficiency of permanent magnet motor and small stepping angle of magnetoresistive motor, obtains high torque with a small number of permanent magnets, and makes use of reasonable design and combination of permanent magnet and ferromagnetic material. The variable ratio transmission of multi-transmission in closed space is realized. At the same time, in theory, aiming at the defects of the present dynamic analysis method, combining the control theory, the innovation modeling method, forms the system, the perfect dynamic analysis method, in order to obtain the complete dynamic index data. In this paper, the design idea and analytical method of magnetic gear structure are both original and valuable in practical application.
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH132.41

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本文编号：1911677