文章目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 磁齿轮的发展历史

    1.2.1 早期的磁齿轮

    1.2.2 同心式磁齿轮

    1.2.3 其他类型的磁齿轮

    1.2.4 小结

1.3 同心式磁齿轮的发展趋势

    1.3.1 高转矩性能

        1.3.1.1 改进永磁体的布置和充磁方式

        1.3.1.2 改进调制环的形状

    1.3.2 高性能价格比

        1.3.2.1 减少永磁体用量

        1.3.2.2 降低调制环制造难度

    1.3.3 高可靠性

    1.3.4 小结

1.4 本文主要内容

第2章 同心式磁齿轮的工作原理与分析方法

2.1 引言

2.2 同心式磁齿轮的基本工作原理

2.3 电磁分析基础

2.4 应力分析基础

2.5 小结

第3章 同心式磁齿轮磁性能分析

3.1 引言

3.2 同心式磁齿轮的电磁模型

3.3 磁齿轮气隙磁场分析

    3.3.1 内气隙中的径向磁密

    3.3.2 外气隙中的径向磁密

3.4 不同调制环几何参数下的磁齿轮转矩性能分析

3.5 小结

第4章 同心式磁齿轮调制环机械强度分析

4.1 引言

4.2 同心式磁齿轮的机械模型及其磁力载荷

4.3 调制环关键点的应力分析

4.4 设计参数对同心式磁齿轮调制环机械强度的影响

    4.4.1 连接桥厚度

    4.4.2 紧固杆数量

    4.4.3 调制块占比

    4.4.4 连接桥接合处倒角半径

4.5 失步条件下的调制环应力分析

4.6 调制环优化设计方法

4.7 小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

文章摘要:同心式磁齿轮的内、外转子永磁体在调制环的作用下,分别在对侧气隙中产生与对侧转子极对数相等且转速同步的空间谐波磁场。在内、外气隙中这些磁场的耦合作用下,磁齿轮得以正常工作。传统的调制环由相互独立的磁通调制块构成,近年来出现了调制块互联型的调制环结构,这种结构的每层硅钢片将各个调制块联接成一个整体,这大大减少了调制环装配的工作量,并且提高了调制环的机械强度和稳定性。但是,互联型调制环中的连接桥会增加漏磁场,从而导致磁齿轮的转矩传递能力下降。此外,调制环中紧固杆的数量、调制环的形状等设计也面临着磁性能和机械强度之间的矛盾。本论文研究了互联型调制环的形状和紧固杆数量的设计因素影响同心式磁齿轮转矩性能和调制环机械强度的规律。其中,所考虑的调制环形状因素包括连接桥厚度、调制块占比和调制块与桥连接处的倒角半径。本文通过建立计及上述设计因素的同心式磁齿轮三维瞬态磁场和机械应力有限元模型,将磁场有限元计算得到的磁力分布作为机械应力模型的载荷,计算出调制环中的应力分布。计算结果显示,连接桥的厚度是影响磁齿轮最大转矩和调制环内最大应力的重要因素;而在一定范围内增加紧固杆的数量会显著降低调制环内的最大应力,但当紧固杆数量超过一定值后继续增加,调制环内最大应力将不再呈现明显下降的趋势。关于不同形状调制环的有限元计算显示,在紧固杆数量相对较少,还未使缓解调制环应力的效果达到饱和的条件下,在一定范围内调整调制块占比,可以在基本不损失转矩能力的同时显著降低调制环的应力。调节倒角半径仅在某些调制块占比条件下有缓解调制环应力的作用。根据上述规律,本文提出了一种综合考虑磁性能、机械强度和制造成本的同心式磁齿轮互联型调制环的设计方法。该方法第一步是根据转矩能力的设计目标选择调制环连接桥的厚度;第二步在综合考虑制造成本等因素的同时,通过增加紧固杆数量将调制环应力降低到一个可以接受的水平;第三步通过调整调制块占比、倒角半径等其他几何参数,在基本不损失转矩能力的前提下,进一步降低调制环的机械应力,提高磁齿轮互联调制环的可靠性。

文章关键词:

论文DOI:10.27140/d.cnki.ghbbu.2021.001223

论文分类号:TH132.41

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