新型磁场调制式磁齿轮的设计与研究

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1、国内图书分类号：TH132.46工程硕士学位论文新型磁场调制式磁齿轮的设计与研究硕士研究生：吕森导师：谢颖申请学位级别：工程硕士学科、专业：电气工程所在单位：电气与电子工程学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TH132.46DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringDesignandStudyoftheNewMagneticFieldModulatedMagneticGearCandidate：LvSenSupervisor：XieYingAcade

2、micDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ElectricalEngineeringDateofOralExamination：March,2015University：HarbinUniversityofScienceAndTechnology新型磁场调制式磁齿轮的设计与研究摘要齿轮广泛应用于机械装置转轴之间的转矩传递，同时能够进行相应的转矩和转速变换。常用的机械齿轮具有明显的缺点，例如可靠性低，维护要求高以及噪声等，这些缺点限制了其应用。由于传统机械齿轮的这些特点，近年来磁齿轮引起了很

3、多关注。磁齿轮的输入输出轴之间没有机械接触，因此其具有机械齿轮所不具有的高可靠性、高效率并且不需要润滑。本文研究了磁场调制原理，明确磁场调制式磁齿轮的设计原则，针对现有结构的不足提出改进结构。以一台经典磁场调制式磁齿轮为例，首先运用解析法研究了其工作原理，明确了调磁环对磁场的调制作用，确定了内外转子永磁体极对数与调磁块个数的关系。建立了二维有限元模型，提取了各种情况的气隙磁密以验证解析分析的正确性，对现有结构进行了尺寸和传动比的优化，得到了传动比的配比原则和性能最优的尺寸参数。现有结构端部漏磁明显，建立了包含端部空气实体模型的三维有限元模型，研

4、究端部漏磁的影响。针对这个缺点，提出了改进型的磁场调制式磁齿轮，对新结构的磁齿轮进行了尺寸优化，得到了优化后的转矩传递特性，包括静态转矩和稳态转矩，验证了新结构在性能上的提升。虽然对传统结构进行了改进，但其仍然存在的问题是装配困难，针对这一问题研究了装配过程简单的混合磁路磁齿轮，这种磁齿轮同样存在缺点，针对其内部空间利用率不足的问题提出了改进结构，目的是充分利用混合磁路磁齿轮的内部空间，这样可以在不增加装置体积的情况下提高其能够传递的最大转矩，从而提高转矩密度。建立了新结构的三维有限元模型，得到了尺寸优化后的静态转矩和稳态转矩特性，与不利用内部

5、空间的混合磁路磁齿轮进行对比，验证了改进结构在性能上的提升。关键词磁齿轮；磁场调制；传动比；转矩特性‐ I‐ DesignandStudyoftheNewMagneticFieldModulatedMagneticGearAbstractGearsarewidelyusedintorquetransmissionbetweenshaftsofmechanisms,whileitcanaccordinglychangerotationalspeedandtorque.Themostwidelyusedmechanicalgearshaveseve

6、raldisadvantages,suchaslowreliability,highmaintenancerequirementsandnoise,whichrestrictitsapplication.Becauseofthecharacteristicsofthetraditionalmechanicalgears,inrecentyearsmagneticgearshavedrawnalotofattention.Thereisnomechanicalcontactbetweentheinputandoutputshaftsinmagne

7、ticgears,soithashighreliability,highefficiencyandnoneedoflubricatingwhichmechanicalgearsdonothave.Thispaperstudiedthemagneticfieldmodulatedprinciple,discussedthedesignprincipleofmagneticfieldmodulatedmagneticgear,andproposedimprovementstructureaccordingtothedisadvantageofexi

8、stingstructure.Takingaclassicalmagneticfieldmodulatedmagneticgearasanexampl