新型磁齒輪復(fù)合電機的設(shè)計研究.pdf

1、新型磁齒輪傳動裝置屬于磁場調(diào)制式磁力傳動結(jié)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)矩密度高、運行效率高、非接觸性力矩傳遞和過載自保護等優(yōu)點，有替代機械齒輪在清潔、低溫和高空等環(huán)境中運行的潛力。高性能稀土永磁材料在電機設(shè)計中的成功應(yīng)用，使得現(xiàn)代永磁電機的轉(zhuǎn)矩密度和運行效率較感應(yīng)電機有了較大提高。
　　 本文提出一種新結(jié)構(gòu)稀土永磁電機，就是把普通的稀土永磁電機內(nèi)嵌到磁場調(diào)制式磁齒輪里，從而形成磁齒輪復(fù)合電機，這樣就把永磁電機和磁齒輪的優(yōu)點結(jié)合了起來。磁齒輪復(fù)合電

2、機作為實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩電機的一條新途徑，研究成果應(yīng)用前景廣泛，可應(yīng)用于軍事領(lǐng)域（艦船直接驅(qū)動）、車輛運輸（電力機車、電動汽車直接驅(qū)動）、可再生能源利用開發(fā)（風(fēng)力發(fā)電）、先進制造業(yè)（機床直接驅(qū)動）等場合。
　　 本課題是國家“863”高科技項目《高效大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動復(fù)合式永磁電機系統(tǒng)研究》(2007AA052233)的研究內(nèi)容之一，對新型結(jié)構(gòu)釹鐵硼永磁電機--磁齒輪復(fù)合電機進行設(shè)計研究。
　　 本文圍繞這種新型磁齒輪復(fù)合電機展

3、開研究，具體做了以下幾方面的工作：
　　 1)、以電機電磁場計算的解析方法為出發(fā)點，在電機氣隙中求解了極坐標(biāo)下數(shù)學(xué)物理方程中的拉普拉斯方程的解析解。結(jié)合有限元方法，得到電機磁場整個區(qū)域的矢量磁位，為計算其他物理量奠定了基礎(chǔ)。
　　 2)、分析機械齒輪和傳統(tǒng)磁齒輪的不足之處，研究新型磁齒輪復(fù)合電機的關(guān)鍵部位--磁場調(diào)制式磁齒輪傳動裝置的運行機理。針對該裝置的輸入輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，且具有兩層氣隙的特點，在多氣隙場合中拓展了數(shù)

4、值解析結(jié)合法的磁場計算，編制了相應(yīng)的程序。以氣隙磁場諧波分析為出發(fā)點，分析了這種新型磁齒輪，雖然該裝置內(nèi)、外層氣隙之中的磁場有多種諧波分量存在，但是電磁轉(zhuǎn)矩幾乎是單一主波成份，數(shù)值解析結(jié)合法仿真計算得到的定量結(jié)果與運行機理中的理論分析相一致。
　　 3)、利用磁齒輪內(nèi)轉(zhuǎn)子的空間，在考慮加工、裝配等的可行性之后，完成了電機拓撲結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，設(shè)計出新型磁齒輪復(fù)合電機。借助于電機電磁場計算的數(shù)值解析結(jié)合法，實現(xiàn)了復(fù)合電機內(nèi)、外兩個轉(zhuǎn)子任

5、意方向任意角度的自由轉(zhuǎn)動磁場計算。計算了復(fù)合電機的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，捕捉了齒槽定位轉(zhuǎn)矩的最大值等電機參數(shù)。按一定指標(biāo)要求設(shè)計了一臺低速大轉(zhuǎn)矩高效磁齒輪復(fù)合電機，并研制了相應(yīng)的樣機。
　　 4)、試驗證明了新型磁齒輪和永磁電機的結(jié)合取得了結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，磁齒輪復(fù)合電機樣機取得高轉(zhuǎn)矩密度穩(wěn)定運行的效果，磁齒輪樣機更是取得了高轉(zhuǎn)矩密度、高傳動效率穩(wěn)定運行的結(jié)果。試驗測得的感應(yīng)電勢和轉(zhuǎn)矩與數(shù)值解析結(jié)合法計算相吻合，驗證了在多氣隙場合中