少齿差永磁齿轮系的研究与设计

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1、机械设计与制造第9期MachineryDesign&Manufacture2010年9月文章编号：1001—3997(2010)09—0028—02少齿差永磁齿轮系的研究与设计曹坚张国贤(上海大学机电工程和自动化学院，上海200072)ResearchanddesignofpermanentmagneticgearwithfewteethdifferenceCAOJian，ZHANGGuo-xian(SchoolofMechatronicsEngineeringandAutomation，ShanghaiUniversity，Shanghai200072，China)【摘要

2、】永磁齿轮利用耦合磁场产生力矩，以非接触方式传动，是齿轮发展的方向之一。但永磁齿轮所能传递的力矩往往相对较小，这使得其应用受到不少限制。提出一种少齿差结构的永磁齿轮(系)，因其具有更多更密的磁耦合区，所以转矩密度要比其它结构形式的永磁齿轮高很多，具有与机械齿轮可比的转矩密度。理论转矩密度可达150KNm／m以上。对该少齿差永磁齿轮的设计参数的选择作了研究和讨论，并制作了样机，验证了其可同时具有高的转矩密度和高的传动比。关键词：永磁齿轮；少齿差；转矩密度【Abstract】Thetransmissionofpermanentmagneticgear，whichutilizes

3、thetorquegeneratedin，neticcouplingfield，iscontact咖etransmission；anditisadirectionofthedevelopmentofthegear．ButthetorqueperrnanentmagneticgearCaTtconveyisensmallwhichlimitsitsapplication．hillustratesanewtypeofpermanentmagneticgearbasedontt)teethdifferenceprinciplewhichhasbothhightorquedensi

4、tyandhightransmissionratio．Becauseofhavingmoreeffectivemagneticcouplingfield，itCanafordhighertorquedensitythanallothertypesandthetorquedensitycartreachc&ove150kNm／m3．Thechoicesof&sig~parametersarediscussedandaprototypeisFtl~Tletoprovethat．Keywords：Permanentmagneticgear；Fewteethdiference；To

5、rquedensity中图分类号：TH12文献标识码：A本文旨在论述的少齿差永磁齿轮，其理论转矩密度可达150kNm／1引言m，以上，具有与传统机械齿轮可比的转矩密度，在具有高的转矩8O年代初，稀土钕铁硼等永磁材料的发现，使得永磁齿轮开密度的同时还可具有高的传动比。始受到关注。永磁齿轮传动为非接触式传动，无摩擦损耗，安全洁净无噪音，在诸多领域有着良好的发展前景。但永磁齿轮目前尚2传动原理有许多不足之处，比如瞬时传动比并非恒值，传动力矩有波动，而2．1永磁齿轮传动且由于非接触传动的原因，其可传递力矩往往相对较小。先前人永磁齿轮以极性相问的永磁体替代传统机械齿轮的轮齿，如们研究

6、永磁齿轮，以外啮合为主，外啮合永磁齿轮所传递的力矩图1所示。图1所示的主动轮和从动轮处于平衡态，若主动轮转动，波动较大(含交变分量)，转矩密度(单位体积所能传递的最大力两轮间磁场平衡态就会被打破，由于同极相斥异极相吸的原因，两矩值)很难超过20kNm／m’，这与传统机械齿轮(100—200)kNm／m。轮间产生的磁力会促使从动轮也转动，以达到新的平衡态。用An—的转矩密度相去甚远。soft公司的Maxwell2D电磁场有限元分析软件进行磁场分析可相对于外啮合永磁齿轮而言，内啮合永磁齿轮在选择上更值以发现，当从动轮静止，主动轮旋转，两轮间力矩变化类正弦变化，得考虑。内啮合永磁

7、齿轮传递的力矩波动小，可以做到几乎近似当主动轮旋转到半个磁极角时，两轮问的力矩达到最大值，该力矩于一条直线，而且由于具有更多的磁耦合区，转矩密度要远大于即为该永磁齿轮的最大可传递力矩，除以所占体积即为转矩密度。外啮合永磁齿轮。2001年，英国人K．Atallah和D．Howe提出了一种商眭能内啮合永磁齿轮[1]，在内外永磁体之间添加极片，使得其理论转矩密度可达100kNm／m。2003年，丹麦P．0．Rasmussen等人参考其结构改进并制作了样机【2】，验证了其具有与传统机械齿轮相近的转矩密度并同时可具有更高的效