关键词:
圆筒式
磁阻永磁齿轮
准动态仿真
静特性
摘要:
磁阻永磁齿轮是永磁齿轮的一种,其遵循磁阻最小原理实现运动和转矩的传递。磁阻永磁齿轮不仅具有普通永磁齿轮的优点,如输入与输出无机械接触,从根本上消除了机械齿轮传动存在的摩擦、磨损、噪声、振动及密封等问题,具有过载保护功能,且加工制造简单、安装精度要求低、几乎不需维护。而且,永磁体的使用量大大减少,不仅有利于降低成本,节省资源,而且结构设计也更加灵活,因而具有广泛的应用前景。目前,国内外对磁阻式永磁齿轮的研究还比较少。本文为解决磁阻永磁齿轮无法连续稳定传动的问题,提出了一种基于磁阻最小原理的圆筒式磁阻永磁齿轮拓扑结构。根据磁极的相互位置关系,将主动磁极与定子磁极的耦合状态分为作用模式M1、M2和M0三种。对主动磁极与定子磁极、定子磁极与从动凸极之间的作用方式进行了分析,证明了所提出的圆筒式磁阻永磁齿轮结构能够实现连续稳定传动。推导出了主动磁极与定子磁极、从动凸极与定子磁极的耦合长度计算式。应用COMSOL软件,对圆筒式磁阻永磁齿轮的静特性进行了仿真分析,证明了当从动转子静止而主动转子从静止位置转动45度时,输出转矩为一条光滑的正弦曲线,且转角11.25°时输出转矩最大,方向与主动转子转动方向相反。将磁场调制型永磁齿轮的传动比公式应用于圆筒型磁阻式永磁齿轮,对磁阻齿轮进行了准动态仿真分析,结果表明:输入和输出转矩均保持较为稳定的数值。输入转矩的最大波动约为5.6%,输出转矩的最大波动不到3%,证明了圆筒式磁阻永磁齿轮结构能够实现确定的传动比,并能够连续、稳定传动,主、从动转子旋转方向相反。当主动磁极与从动凸极的数量互质时,能够实现平稳传动;主动极宽增大或减小后仍然能够按照确定的传动比稳定传动;从动极宽与极间间隙相等时,具有较大的转矩输出和较小的转矩波动;定子极宽增大或减小都不会影响其输出转矩的平稳性,并且在定子极宽减小后,能够输出较高的输出转矩,且转矩放大倍数基本不变。