磁场调制型磁齿轮变速技术研究及应用进展

磁场调制型磁齿轮变速技术基于磁场调制原理实现高效、无接触传动,有效改善了传统磁力齿轮中磁体利用率低带来的低转矩密度、低传动比等问题,可替代机械齿轮变速装置加以推广应用。介绍了磁场调制型磁齿轮工作原理,从拓扑结构角度进行分类,对比介绍了不同种类磁场调制型磁齿轮的结构特点、传动性能等,分析总结了磁场调制型磁齿轮在变速传动领域的应用进展。

磁场调制型磁齿轮端部漏磁屏蔽及其试验验证

为降低磁场调制型磁齿轮涡流损耗提高其传动效率,本文提出了一种磁齿轮端部漏磁屏蔽方法,即在磁齿轮内、外磁环的轴向端部安装封闭的硅钢片磁屏蔽环,从而改变磁齿轮端部磁场分布,降低端部周围金属构件产生的涡流损耗。首先建立磁齿轮三维有限元模型,通过研究端部漏磁对磁齿轮转矩的影响确定轴向长度设计值。计算验证结果显示采用该磁屏蔽方法后磁齿轮端部漏磁明显减少。最后通过试验测试发现端部漏磁引起损耗占磁齿轮整体损耗主要部分,验证了该屏蔽方法可以有效减少端部漏磁,提高磁齿轮传动效率。为提高磁齿轮传动性能提供了一种新的思路。

基于子域法的双励磁双调制轴向式磁场调制永磁齿轮磁场分析

轴向式磁场调制永磁齿轮(AFMPMG)存在轴向及切向漏磁严重及转矩密度偏低等问题。在AFMPMG基础上引入了一个外调磁环,使之构成一种双励磁、双调制的AFMPMG(DEM-AFMPMG)结构,由于DEM-AFMPMG低速永磁转子夹在内、外两个调磁环之间,因此可将AFMPMG轴向及切向漏磁通转化成有用谐波,从而增大DEM-AFMPMG输出转矩及转矩密度。虽然3D有限元法计及了永磁齿轮端部漏磁,具有计算精度高等优点,但同时也使计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长,针对此,提出了一种基于子域法的计算DEM-AFMPMG气隙磁场及电磁转矩数学模型,该方法可将3D模型等效为2D模型,但包括了3D模型的所有因素。算例计算结果表明,基于子域法模型的计算精度与3D有限元法的计算精度相当(气隙磁通密度及电磁转矩的计算误差均不大于5%,转矩密度的计算误差不大于1.5%),但子域法模型计算速度更快,且易于实现计算机程序化,更有利于DEM-AFMPMG的结构参数分析与优化。

双磁场调制磁齿轮电机磁场调制机理研究

针对双磁场调制磁齿轮电机耦合机理复杂、建模困难的问题,采用有限元法对双磁场调制磁齿轮电机各个端口的电磁特性进行分析,得到内、外转子以及电枢绕组之间的磁场耦合关系,建立基于内、外转子位置的双d-q旋转坐标系。分析双磁场调制磁齿轮电机稳定运行时内外转子的磁场相位关系,并采用叠加定理将双转子磁场模型进行化简。根据双磁场调制磁齿轮电机内部3种不同的磁场调制行为,内、外转子及电枢绕组在不同相位下的磁场耦合关系列写出双磁场调制磁齿轮电机的电磁方程,进一步推导得到反电动势与内外转子位置的变化关系,利用有限元求解双磁场调制磁齿轮电机在内、外转子不同转速及不同磁场相位差下的反电动势特性,与实验结果相比较,验证理论分析的正确性。

基于磁齿轮调制的复合电机有限元分析

为了降低机械损耗,获得高转矩密度电机,研究了一种磁齿轮复合电机,该电机充分利用磁场调制型磁齿轮内部空间,将磁场调制型磁齿轮和永磁电机复合在一起。利用有限元软件建立磁齿轮复合电机二维有限元模型,分析了电机磁力线分布、气隙磁密及对应的傅里叶分析、感应电动势、稳态运行转矩、齿槽转矩等特性。仿真结果表明,此类复合电机磁力线分布均匀,气隙磁密对应的最大谐波次数符合设计要求,三相反电动势对称性好,内外转子转矩比与传动比一致,齿槽转矩较小。与传统永磁电机相比此类电机有很好的转矩传输比和较高的转矩密度,具有很好的应用前景。

一种磁性齿轮传动装置

新型磁性齿轮传动装置属于磁场调制式磁力传动结构,具有转矩密度高、运行效率高的优点,有替代机械齿轮在清洁、低温和高空等环境中运行的潜力。该装置具有两层气隙,运行时少极数内转子和多极数外转子分别以不同转速不同转向旋转。由于内外转子转动步长不同、方向不同,采用纯有限元法计算时,必须随时根据转子的转动进行气隙内网格的处理,难度很大。使用数值解析结合法计算磁场,由于气隙区域无网格,内外转子实现了灵活转动。根据计算结果,可以获得气隙区域的磁通密度解析表达式,进行谐波分析,有利于方便、精确地计算电磁转矩。在理论分析和计算的基础上,设计和制造了样机,试验证明新型磁性齿轮传动装置具有高传动效率和高转矩密度。

磁性传动齿轮研究综述

磁性传动齿轮能够实现转矩的非接触式传递,它具有无摩擦、免维护以及自动过载保护等优势,是一种可靠性较高的传动装置。回顾磁性传动齿轮的发展过程,综述了近几年来国内外学者对磁性传动齿轮的研究成果,梳理了磁性传动齿轮几种较为典型的拓扑结构及其优缺点,讨论了磁性传动齿轮潜在的工程应用场景,对磁性传动齿轮的下一步研究方向和发展趋势进行了展望。该研究有助于认识磁性传动齿轮的工作原理及发展概况,旨在为磁性传动齿轮的后续研究提供参考。