本文關(guān)鍵詞：磁阻式大變比降速磁性齒輪的研究

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【摘要】：近些年來,齒輪傳動在現(xiàn)代動力傳動系統(tǒng)中占據(jù)相當(dāng)重要的地位,但是現(xiàn)有的齒輪絕大多數(shù)都是依靠直接接觸嚙合進(jìn)行能量傳輸?shù)膫鹘y(tǒng)機(jī)械齒輪,磁性齒輪作為一種新興的傳動機(jī)構(gòu),對比傳統(tǒng)的機(jī)械齒輪具有低噪音、高效率、便于維護(hù)、高可靠性、壽命長以及過載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn),所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。磁性齒輪的工作原理主要是依靠磁場的耦合作用來傳遞力矩和轉(zhuǎn)速,在輸入和輸出之間沒有機(jī)械接觸。根據(jù)磁通總是力圖通過磁阻最小路徑的磁阻電機(jī)原理,本文首先對磁阻式大變比降速磁性齒輪的結(jié)構(gòu)、特性和運(yùn)行原理進(jìn)行了分析。設(shè)計了25：1變比、4對定子和1對內(nèi)轉(zhuǎn)子磁極的結(jié)構(gòu)。并以此結(jié)構(gòu)為例利用電磁場有限元分析軟件Ansys對整體結(jié)構(gòu)的磁場進(jìn)行靜態(tài)有限元仿真,得到磁力線分布、磁場強(qiáng)度分布以及磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量分布等電磁場特性,計算力矩,得出力矩與機(jī)械角與電角度之間的關(guān)系曲線。此外,基于等效磁路法和等效電流法建立了所提出結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型。然后,在靜態(tài)仿真的基礎(chǔ)上,運(yùn)用Ansoft軟件,在瞬態(tài)情況下,分析了該結(jié)構(gòu)磁性齒輪隨著時間變化下的磁矢量和磁力線的分布情況。并對外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程做了仿真分析,仿真顯示外轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩在3周內(nèi)沒有失步情況發(fā)生,實(shí)現(xiàn)了空載下同步旋轉(zhuǎn)的設(shè)計目標(biāo)。最后,對磁性齒輪的設(shè)計尺寸,以及影響其工作性能的內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行了分析,并分別繪制出內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體磁極長度、齒高以及氣隙厚度與最大轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線。在考慮實(shí)際工程加工水平的前提下對磁性齒輪進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。參考電機(jī)設(shè)計的原則,討論了實(shí)際情況下磁性齒輪的磁滯損耗和渦流損耗。
【關(guān)鍵詞】：磁性齒輪 轉(zhuǎn)矩特性 有限元分析 磁阻電機(jī)
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM352;TH132.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題研究的背景、目的及意義11-12
• 1.2 磁性齒輪研究發(fā)展?fàn)顩r12-16
• 1.2.1 傳統(tǒng)磁力驅(qū)動技術(shù)的特點(diǎn)12-13
• 1.2.2 傳統(tǒng)磁性齒輪研究發(fā)展?fàn)顩r13-15
• 1.2.3 高性能磁性齒輪研究發(fā)展?fàn)顩r15-16
• 1.3 永磁磁性齒輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)16-17
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容17-19
• 第2章 大變比降速磁性齒輪的工作原理與結(jié)構(gòu)19-37
• 2.1 基于磁阻式電機(jī)的大變比降速磁性齒輪的基本理論19-29
• 2.1.1 電磁場基本理論19-21
• 2.1.2 磁路的基本概念21-26
• 2.1.3 磁阻電機(jī)的基本原理26-29
• 2.2 磁性齒輪運(yùn)行原理29-31
• 2.2.1 磁性齒輪運(yùn)行過程29-30
• 2.2.2 磁性齒輪運(yùn)行狀態(tài)分析30-31
• 2.3 永磁材料特性主要參數(shù)31-36
• 2.3.1 飽和磁場強(qiáng)度31
• 2.3.2 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度和矯頑力31-32
• 2.3.3 磁導(dǎo)率32-33
• 2.3.4 凸度系數(shù)33-34
• 2.3.5 幾種常用永磁體材料的特性34-36
• 2.4 本章小結(jié)36-37
• 第3章 大變比降速磁性齒輪靜態(tài)磁場分析37-57
• 3.1 ANSYS軟件簡介37-40
• 3.1.1 ANSYS二維有限元分析的基本過程37-38
• 3.1.2 矢量磁位和磁力計算38-40
• 3.2 磁性齒輪參數(shù)整定40-43
• 3.3 磁性齒輪磁場的靜態(tài)有限元分析過程43-52
• 3.3.1 基本假設(shè)43-44
• 3.3.2 磁性齒輪的二維有限元分析過程44-50
• 3.3.3 磁性齒輪的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩分析50-52
• 3.4 磁性齒輪的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型52-55
• 3.4.1 等效磁路法52-53
• 3.4.2 等效電流法53-55
• 3.5 本章小結(jié)55-57
• 第4章 大變比降速磁性齒輪瞬態(tài)有限元分析57-71
• 4.1 Ansoft軟件概述57-59
• 4.1.1 Maxwell 2D的材料管理57-58
• 4.1.2 Maxwell 2D的邊界條件和激勵源58-59
• 4.1.3 Maxwell 2D的網(wǎng)格剖分和求解器設(shè)置59
• 4.2 有限元瞬態(tài)磁分析原理59-61
• 4.2.1 二維有限元計算方法59-60
• 4.2.2 瞬態(tài)分析60-61
• 4.3 磁性齒輪瞬態(tài)分析過程61-70
• 4.3.1 二維瞬態(tài)建模過程61-63
• 4.3.2 二維瞬態(tài)磁場分布63-68
• 4.3.3 瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩分析68-70
• 4.4 本章小結(jié)70-71
• 第5章 大變比降速磁性齒輪的參數(shù)優(yōu)化71-77
• 5.1 磁性齒輪內(nèi)部參數(shù)和轉(zhuǎn)矩關(guān)系71-75
• 5.1.1 內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁體磁極長度對轉(zhuǎn)矩的影響71-72
• 5.1.2 齒高對轉(zhuǎn)矩的影響72-73
• 5.1.3 氣隙厚度對轉(zhuǎn)矩的影響73-74
• 5.1.4 磁性齒輪參數(shù)優(yōu)化小結(jié)74-75
• 5.2 磁性齒輪的損耗分析75-76
• 5.2.1 磁滯損耗75-76
• 5.2.2 渦流損耗76
• 5.3 本章小結(jié)76-77
• 第6章 總結(jié)與展望77-79
• 6.1 總結(jié)77
• 6.2 展望77-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 致謝83-85
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文85

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本文編號：1070500