隨著永磁材料和各種拓?fù)涞呐d起,磁齒輪憑借無(wú)機(jī)械接觸式的轉(zhuǎn)矩傳輸方式,開(kāi)始在工業(yè)傳動(dòng)領(lǐng)域占有一席之地。磁齒輪的迅速發(fā)展需要一種快速并準(zhǔn)確的分析工具來(lái)優(yōu)化其設(shè)計(jì)并使這種新技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。本文以同軸磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪作為研究對(duì)象,改進(jìn)了一種應(yīng)用于該種磁齒輪的二維等效磁阻網(wǎng)絡(luò)模型。磁阻網(wǎng)絡(luò)模型是一種使用可調(diào)集總參數(shù)系統(tǒng)來(lái)等效表示磁網(wǎng)絡(luò)中的磁場(chǎng)分布的分析工具,可通過(guò)模型計(jì)算實(shí)現(xiàn)對(duì)磁齒輪內(nèi)部磁場(chǎng)的精確分析,這種方法的特點(diǎn)是計(jì)算速度快并且結(jié)果較為準(zhǔn)確。由于不考慮磁飽和,在實(shí)際的設(shè)計(jì)中可實(shí)現(xiàn)磁網(wǎng)絡(luò)模型的線(xiàn)性簡(jiǎn)化,在不犧牲轉(zhuǎn)矩預(yù)測(cè)精度的前提下可極大的縮短運(yùn)行仿真的時(shí)間,以二維等效磁阻網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ),研究了永磁體和調(diào)磁環(huán)圓心角對(duì)平均轉(zhuǎn)矩的影響,本文將磁阻網(wǎng)絡(luò)模型與多元宇宙算法相結(jié)合,提出了一種高效的磁齒輪優(yōu)化方法,獲得最大轉(zhuǎn)矩的設(shè)計(jì)參數(shù)并通過(guò)對(duì)比分析驗(yàn)證了所提出優(yōu)化方法的準(zhǔn)確性。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,初步確定了同軸磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪的關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù),包括內(nèi)外轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù),調(diào)磁環(huán)極塊數(shù)量等。介紹了同軸磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基本工作原理,對(duì)磁齒輪內(nèi)外氣隙的磁場(chǎng)做了解析并推導(dǎo)出磁齒輪的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式。在MATLAB編程環(huán)境下,建立了同軸磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪的磁網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型。對(duì)系統(tǒng)磁網(wǎng)絡(luò)中的磁阻元件和等效磁通源元件的計(jì)算方法以及磁網(wǎng)絡(luò)模型的矩陣形式做了詳細(xì)闡述說(shuō)明。隨后將得到的矩陣模型進(jìn)行求解并得到磁齒輪中磁場(chǎng)的分布�；诰�(xiàn)性前提,對(duì)等效磁阻網(wǎng)絡(luò)模型做了適當(dāng)簡(jiǎn)化,消除了串聯(lián)磁阻之間的節(jié)點(diǎn),仿真時(shí)間大為削減,通過(guò)將磁阻網(wǎng)絡(luò)模型的轉(zhuǎn)矩和氣隙磁通密度預(yù)測(cè)與非線(xiàn)性有限元分析的結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證了簡(jiǎn)化模型的準(zhǔn)確性。將簡(jiǎn)化模型作為基礎(chǔ),通過(guò)參數(shù)掃描法研究了氣隙厚度,轉(zhuǎn)子永磁體厚度、調(diào)磁環(huán)厚度以及內(nèi)外轉(zhuǎn)子永磁體和調(diào)磁環(huán)極塊圓心角對(duì)磁齒輪平均轉(zhuǎn)矩的影響,并給出了合理的設(shè)計(jì)范圍。文章最后將磁網(wǎng)絡(luò)模型與多元宇宙算法結(jié)合,得到了一種收斂快速,計(jì)算準(zhǔn)確的新型磁齒輪優(yōu)化方法,此方法可同時(shí)對(duì)多個(gè)參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化,整體優(yōu)化時(shí)間較短并且具有較高的準(zhǔn)確性,可應(yīng)用于工程實(shí)際中的設(shè)計(jì)參數(shù)初選。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TH132.41
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
        1.1.1 磁齒輪在風(fēng)力渦輪機(jī)中的應(yīng)用
        1.1.2 全球風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展前景
        1.1.3 傳統(tǒng)機(jī)械齒輪存在的問(wèn)題
    1.2 國(guó)內(nèi)外磁齒輪研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國(guó)外磁齒輪的發(fā)展過(guò)程
        1.2.2 關(guān)于2017年IEEE網(wǎng)站磁齒輪文獻(xiàn)的統(tǒng)計(jì)
    1.3 國(guó)內(nèi)磁齒輪研究現(xiàn)狀
    1.4 等效磁阻網(wǎng)絡(luò)法的研究現(xiàn)狀
    1.5 本文研究的主要內(nèi)容
第二章 同軸磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪的結(jié)構(gòu)與工作原理
    2.1 同軸磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪的基本結(jié)構(gòu)
    2.2 同軸磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪的基本工作原理
        2.2.1 基本方程以及運(yùn)行模式
        2.2.2 氣隙磁場(chǎng)解析表達(dá)式及轉(zhuǎn)矩表達(dá)式
    2.3 本章小結(jié)
第三章 等效磁阻網(wǎng)絡(luò)模型基本原理與建模過(guò)程
    3.1 磁網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格剖分規(guī)則
        3.1.1 徑向剖分和切向剖分
        3.1.2 網(wǎng)格單元和單元節(jié)點(diǎn)
        3.1.3 線(xiàn)性等效磁阻的計(jì)算
        3.1.4 非線(xiàn)性等效磁阻計(jì)算
        3.1.5 等效恒定磁通源計(jì)算
    3.2 磁網(wǎng)絡(luò)模型的矩陣形式
        3.2.1 同軸磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪的整體物理模型
        3.2.2 節(jié)點(diǎn)磁勢(shì)法
        3.2.3 氣隙磁密以及轉(zhuǎn)矩求解
    3.3 磁網(wǎng)絡(luò)建模結(jié)果的驗(yàn)證
        3.3.1 同軸磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪二維有限元對(duì)比模型的建立
        3.3.2 有限元與磁網(wǎng)絡(luò)法仿真結(jié)果對(duì)比
    3.4 本章小結(jié)
第四章 同軸磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪磁網(wǎng)絡(luò)模型的簡(jiǎn)化與變換
    4.1 初始磁網(wǎng)絡(luò)物理模型的簡(jiǎn)化
        4.1.1 初始磁網(wǎng)絡(luò)物理模型的簡(jiǎn)化過(guò)程
        4.1.2 同軸磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪的幾何對(duì)稱(chēng)分析
        4.1.3 磁齒輪磁網(wǎng)絡(luò)法的動(dòng)態(tài)建模及簡(jiǎn)化過(guò)程
    4.2 磁齒輪最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性仿真分析
    4.3 本章小結(jié)
第五章 磁網(wǎng)絡(luò)模型參數(shù)對(duì)磁齒輪轉(zhuǎn)矩特性影響
    5.1 調(diào)磁環(huán)徑向厚度的影響
    5.2 內(nèi)外轉(zhuǎn)子磁軛徑向長(zhǎng)度變化對(duì)轉(zhuǎn)矩特性的影響
    5.3 氣隙厚度對(duì)轉(zhuǎn)矩特性的影響
    5.4 永磁體厚度對(duì)轉(zhuǎn)矩特性的影響
    5.5 內(nèi)外轉(zhuǎn)子永磁體以及調(diào)磁環(huán)極塊圓心角參數(shù)組合優(yōu)化
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果
致謝
附件

【參考文獻(xiàn)】

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