新型磁齿轮原理及其应用

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1、目录磁性齿轮（MagneticGear）的概念磁性齿轮的发展历史磁性齿轮的分类和样机新型磁齿轮运作的基本原理新型磁齿轮磁场计算分析磁性齿轮（MG）的制造装配过程磁性齿轮（MG）的主要参数磁性齿轮的主要优/缺点磁性齿轮的应用对磁性齿轮的总结和展望参考文献磁性齿轮的概念磁性齿轮由两部分组成：按照各自转轴旋转的径向磁化的圆筒永磁体结构。两部分的永磁体相互耦合，当其中任一个开始转动，另外一个就会受到一个磁力矩的作用，从而转动起来。这种装置可以用于替代机械的齿轮传动，并减小不必要的震动。也可以用于两个分离物体之间的力矩的传动。磁性齿轮的发展历史1913年,美国的

2、一个应用专利，描述了一个由凸磁极组成的两轴转动磁齿轮结构。1940年，Faus申请的美国专利，描述了一个由不同半径的两个圆碟，在圆碟上装有不同数目的永磁体而形成的两轴转动磁齿轮结构。1993年，随着稀土永磁体的发明，不同架构的磁齿轮结构被设计和制造出来。1997年，在有限元计算的帮助下，产生了用于磁齿轮的设计和参数分析的一个二维解析计算方法。现在，具有高转矩体积密度的新型磁齿轮，越来越引起传动领域工程技术人员的注意。磁性齿轮的分类和样机像齿轮传动一样，永磁齿轮传动分外啮台传动、内啮台传动和齿轮齿条传动。如下图所示，外啮台传动是由一对圆环柱体构成．其中每

3、个柱体均被径向多极充磁。两柱体因异性相吸．同性相斥原故，当主动轮运动时．带动从动轮运动。磁性齿轮的分类和样机对于内啮台传动．如下图所示。磁性齿轮的分类和样机齿轮齿条传动中的齿轮与外啮合传动中的齿轮相同，而齿条则是一带状磁体，磁极沿长度方向均布。磁性齿轮的分类和样机永磁齿轮也能很容易地实现交错轴传动，其两轴夹角一般小于45度。磁性齿轮的分类和样机永磁齿轮传动还有蜗轮磁齿轮、斜磁齿轮传动结构。磁性齿轮的分类和样机上述的磁齿轮共同的缺点是传动转矩较小，2004年英国人K.Atallah,S.D.CalverleyandD.Howe从理论和样机的具体实践上完成

4、了一种新型磁齿轮（表面磁钢式）的设计。磁性齿轮的分类和样机丹麦人PeterOmandRasmussen等人在英国人的基础上，设计和制造了一个聚磁式内转子的该种新型磁齿轮。新型磁齿轮运作的基本原理这种新型磁齿轮运作的基本原理在于使用铁磁材料的调磁极片调制两边转子上永磁体产生的磁场，使调制好的磁场具有的谐波与对面转子上的永磁体相互作用，从而达到主动轮带动从动轮运行。新型磁齿轮运作的基本原理在铁磁材料的调磁极片没有放入磁齿轮之时，两边转子上永磁体在气隙中的磁密分布都可表达为：径向磁密(1)新型磁齿轮运作的基本原理在铁磁材料的调磁极片放入磁齿轮之后，假设铁磁材

5、料的调磁极片的调制函数为：径向调制函数(2)新型磁齿轮运作的基本原理(1)式和（2）式之中，是转子上的永磁体的极对数，是铁磁材料的调磁极片数。、分别是永磁体转子和调磁极片的旋转角速度。是磁密分布的径向富里艾系数，同样，是调制函数的径向富里艾系数。结合（1）式和（2）式，我们就可以得出经过调磁极片调制的气隙磁密：径向磁密的表达式(3)新型磁齿轮运作的基本原理(3)式经过运算，可得新型磁齿轮的运作的基本原理这样的话，不管哪个转子永磁体产生的磁场，从（3）式我们可以得出其磁密分布空间谐波的极对数如下,而且可以得出磁密空间谐波的旋转角速度为从（4）、（5）两式

6、，我们可以分析磁密的空间谐波分布和旋转角速度，进而得出磁齿轮的速比，作为磁齿轮的设计的理论基础。（4）（5）新型磁齿轮的运作的基本原理为了更加清晰地说明磁齿轮的工作原理，本文在概念上设计了一个具体的磁性齿轮。右表列出了这个磁齿轮的设计参数。高速转子的极对数2低速转子的极对数21调磁用的铁磁材料的极片数23低速转子铁心轭部的外径[mm]140低速转子铁心轭部的内径[mm]125低速转子永磁体的厚度[mm]6低速区气隙的外径[mm]113低速区气隙的内径[mm]111高速区气隙的外径[mm]95高速区气隙的内径[mm]93高速转子永磁体的厚度[mm]7高速

7、转子铁心轭部的外径[mm]79高速转子铁心轭部的内径[mm]60气隙的轴向长度[mm]80永磁体的剩磁Br[T]1.1新型磁齿轮运作的基本原理在本算例中=2，或者＝21，=23。当=2时，主要的谐波有次，次等等；当=21时，主要的谐波有次，次等等。新型磁齿轮运作的基本原理从（5）式，我们可以看出，由于调磁极片的引入，即，经过调磁极片调制的气隙磁密空间谐波的旋转角速度，是不同于永磁体所在的转子的转动速度的。这样的话，在不同的转速下传递转矩，另一个永磁体转子的的极对数就必须等于时的一个空间谐波的极对数。正如上面所分析的，2对极的转子的一个空间谐波的极对数为

8、21，正好等于另一个转子上的极对数，反之亦然。新型磁齿轮运作的基本原理因为的组合，可以产生除基