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转子调磁式磁力齿轮设计与分析

李开元 朱姿娜 吴鹏 吴迪

李开元,朱姿娜,吴鹏, 等. 转子调磁式磁力齿轮设计与分析[J]. 机械科学与技术,2020,39(8):1171-1176 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190254
引用本文: 李开元,朱姿娜,吴鹏, 等. 转子调磁式磁力齿轮设计与分析[J]. 机械科学与技术,2020,39(8):1171-1176 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190254
Li Kaiyuan, Zhu Zina, Wu Peng, Wu Di. Design and Analysis of Rotors-modulate Magnetic Gear[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190254
Citation: Li Kaiyuan, Zhu Zina, Wu Peng, Wu Di. Design and Analysis of Rotors-modulate Magnetic Gear[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190254

转子调磁式磁力齿轮设计与分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190254
基金项目: 国家自然科学基金项目(51705305)与上海工程技术大学研究生科研创新项目(18KY0113)资助
详细信息
    作者简介:

    李开元(1995−),硕士研究生,研究方向为磁力耦合传动及磁力齿轮设计,ddfly@hotmail.com

    通讯作者:

    朱姿娜,副教授,硕士生导师,zhuzina@126.com

  • 中图分类号: TH133

Design and Analysis of Rotors-modulate Magnetic Gear

  • 摘要: 针对传统磁力齿轮高速运转时转子永磁体会破坏的缺点,提出没有永磁体的转子调磁式磁力齿轮。根据磁场调制原理建立了输入输出转矩与气隙磁场间的关系,使用二维有限元法分析其转矩传递能力;使用参数化扫描对不同的转子尺寸参数组合进行优化分析,得到输出转矩与转子尺寸间的关系,并探究各转子尺寸参数对输出转矩影响的原因。仿真结果表明:输出转矩与转子的尺寸参数有直接关系,存在最优尺寸使输出转矩达到最大值;优化后输出转矩增加了81.2%,低速转子尺寸对输出转矩影响最大。最后对气隙中磁密进行谐波分析,结果表明优化前后主要谐波的变化与转矩变化一致,验证了转子调磁式磁力齿轮设计分析的有效性。
  • 图  1  转子调磁式磁力齿轮结构

    图  2  网格划分图

    图  3  矩角特性曲线

    图  4  RMMG稳态最大转矩

    图  5  输出转矩与llal的关系

    图  6  磁通密度分布及磁力线图

    图  7  输出转矩与lhah的关系

    图  8  磁通密度分布及磁力线图

    图  9  输出转矩与ls的关系

    图  10  内层气隙的磁通密度分量

    图  11  内层气隙的磁通密度谐波分量

    图  12  外层气隙的磁通密度分量

    图  13  外层气隙的磁通密度谐波分量

    表  1  转子调磁式磁力齿轮基本尺寸

    尺寸参数参数值
    定子永磁体径向宽度ls /mm 10
    低速转子调磁铁块外圆半径rlo /mm 89
    低速转子调磁铁块径向宽度ll /mm 10
    低速转子调磁铁块扇形角al /(°) 8
    高速转子扇形齿外圆半径rho /mm 78
    高速转子扇形齿径向宽度l /mm 10
    高速转子扇形齿扇形角ah /(°) 40
    气隙径向宽度lag /mm 1
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    表  2  待优化参数的初始值其优化范围

    参数初始值优化范围
    低速转子调磁铁块径向宽度ll /mm 10 3 ~ 15
    低速转子调磁铁块扇形角al /(°) 8 5 ~ 15
    高速转子扇形齿径向宽度lh /mm 10 5 ~ 40
    高速转子扇形齿扇形角ah /(°) 40 30 ~ 90
    定子永磁体径向宽度ls /mm 10 5 ~ 25
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    表  3  输出转矩对比

    输出转
    矩/(N·m)
    较上一步提
    升百分比/%
    总提升
    百分比/%
    优化前 112.6
    低速转子优化后 153.6 36.4 36.4
    高速转子优化后 161.8 5.3 43.7
    定子永磁体优化后 193.8 19.8 81.2
    下载: 导出CSV

    表  4  优化前后尺寸对比

    参数优化前优化后
    低速转子调磁铁块径向宽度ll /mm 10 6
    低速转子调磁铁块扇形角al /(°) 8 12
    高速转子扇形齿径向宽度lh /mm 10 30
    高速转子扇形齿扇形角ah /(°) 40 55
    定子永磁体径向宽度ls /mm 10 15
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-10
  • 网络出版日期:  2020-12-29

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