关键词:
永磁齿轮
磁场调制
机械特性
转矩特性
铁损
摘要:
相比机械齿轮,基于磁场耦合原理的磁性齿轮具有诸多显著优点,比如可靠性高、减少维护、自身具备过载保护、非接触式输入输出、噪音低、振动小等,但传统磁性齿轮所能传递的转矩密度较低。由于新型磁场调制式永磁齿轮永磁体利用率高,转矩密度大(可达4003m/mKN?),所以可以与机械齿轮相媲美。本文围绕这种磁场调制式永磁齿轮(Field Modulated Permanent Magnetic Gear,FMPMG)展开研究。基于FMPMG结构的特殊性,采用解析法对其工作原理进行详细分析与推导,认为FMPMG内转子永磁体极对数、调磁环极块数、外转子永磁体极对数之间必须满足一定的数学关系式。提出FMPMG四种工作模式,针对调磁环静止,内、外转子旋转的工作模式,建立内转子、外转子及调磁环三者之间的转矩和转速数学模型,并做进一步深入分析。基于FMPMG结构参数设计要求,应用有限元软件Ansoft设计并建立电磁仿真模型,获得磁场云图及磁力线分布图;对内、外层气隙磁密进行傅里叶分解得出谐波分布图;研究了FMPMG的静态转矩特性、稳态转矩特性及磁场调制机理,总结出稳态转矩特性;深入分析转矩波动原因,提出相应解决方法,并对所建立的数学模型进行验证。铁损是FMPMG主要工作损耗,依据铁损产生机理,研究内外转子轭铁、永磁体内部、调磁极块中磁场的分布规律及在各部中的变化规律;总结了铁损的分布规律,为FMPMG效率计算奠定理论基础;研究了不同转速下的铁损量,总结出铁损与转速关系,提出通过对永磁体分块来减小永磁体涡流损耗的有效方法。基于FMPMG数学模型及求解方法,研究其机械特性,分析最大输出转矩与传动比、调磁环各项参数、内外层气隙、轭铁厚度等几种参数的关系。