永磁环静止型场调制轴向磁齿轮机理及传动特性研究

基本信息
批准号:51507191
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:李祥林
学科分类:
依托单位:中国石油大学(华东)
批准年份:2015
结题年份:2018
起止时间:2016-01-01 - 2018-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:赵仁德,董磊,陈荣,王从贵,陈瑞,朱守文
关键词:
磁齿轮斜槽传动特性磁场调制永磁环
结项摘要

Magnetic gear transmission has become the research focus of the variable speed transmission area since it is an effective means to realize the non-contact transmission. However, the existing magnetic gears encounter some drawbacks such as difficult processing, low torque density and high torque ripple. In order to eliminate aforementioned disadvantages, referencing the structure characteristics of the stator permanent-magnet (PM) machine in which the PMs are arranged on the stator side, this project proposes a new field-modulated axial magnetic gear, in which the PMs on the low-speed rotor are moved to the stationary field-modulated ring to form a stationary PM ring. The proposed magnetic gear offers the merits of high reliability, large torque capability, excellent transmission stability, and so on. The aim of this project is to develop a field-modulated axial magnetic gear with novel topology structure. The principle of field modulation and the characteristics of field coupling of the proposed magnetic gear will be studied. Then the general methods of the optimization design, performance parameters calculation, equivalent magnetic circuit model and simulation analysis of the proposed magnetic gear will be established. Also, the general methods of the losses calculation, thermal analysis and efficiency optimization of the proposed magnetic gear will be investigated. The basic rules of the steady-state and transient transmission characteristics of the proposed magnetic gear will be summarized. These studies will provide the theoretical foundation and technical support for the application of the proposed magnetic gear. Meanwhile, it will enrich the research contents for the variable speed transmission system. This research has not only the important scientific significance and academic value but also a promising application prospect.

磁齿轮传动是实现非接触式传动的有效手段之一,已成为变速传动领域的研究热点。针对现有磁齿轮存在的加工困难、转矩密度低以及转矩脉动大等问题,本项目借鉴定子永磁型电机将永磁体置于静止的定子侧这一特点,将磁齿轮低速转子永磁体移至静止的调磁环,进而提出一种采用静止永磁环和斜槽调磁环的场调制轴向磁齿轮。该磁齿轮克服了现有磁齿轮结构和性能等方面的不足,具有高可靠性、强转矩传递能力和传动稳定性好等优点。本项目旨在开发出新颖的场调制轴向磁齿轮结构;研究该类磁齿轮的磁场调制原理和磁场耦合特性;建立该类磁齿轮设计与优化、性能参数计算、等效磁路建模和仿真分析的一般方法;探索该类磁齿轮损耗计算、热分析和效率优化的一般方法;尝试总结出该类磁齿轮暂稳态传动特性基本规律。本项目的研究将为该类磁齿轮的应用提供理论基础和技术支持,同时也将丰富变速传动系统的研究内容,不仅具有重要的科学意义和学术价值,而且具有广阔的应用前景。

项目摘要

磁齿轮传动是实现非接触式传动的有效手段之一,从最初的电励磁,到现在的永磁励磁,从结构单一的转换型磁齿轮到现有的场调制型磁齿轮,随着结构的不断创新和永磁体性能的不断提高,磁齿轮的转矩传递能力、效率和可靠性等性能均得到了改善。本项目针对现有磁齿轮仍存在的加工困难、转矩密度低、转矩脉动大等问题,将定子励磁概念和斜槽结构引入磁齿轮设计,进而提出了一种定子励磁型场调制磁齿轮及其构成的变速传动系统。.借鉴定子永磁型电机将永磁体置于静止的定子侧这一思路,本项目将传统转子励磁型场调制磁齿轮的转子永磁体移至静止的调磁环,提出了定子励磁型径向磁通、横向磁通及轴向磁通三类定子励磁型场调制磁齿轮拓扑结构,并重点研究了机械加工可行性更高、综合性能更优的轴向磁通结构,总结出了适合该类定子励磁型场调制磁齿轮原理分析、有限元仿真、性能参数计算、损耗分析和优化设计的一般方法;提出并制造了一种采用静止永磁环的场调制型同轴磁齿轮,综合分析并验证了静止励磁结构在场调制磁齿轮设计中的可行性和有效性;设计了一种采用斜槽调磁环的场调制型横向磁通磁齿轮,提炼出了斜槽角度与转矩脉动谐波消除之间的函数关系,深入研究了该类横向磁通磁齿轮的漏磁特性;提出并制造了一种定子励磁型轴向磁通磁齿轮,详细阐释了其运行机理和气隙磁场有效谐波耦合特性的一般规律,构建了合适的铁损耗和永磁体涡流损耗计算模型;搭建了磁齿轮传动系统测试平台,试验结果表明,所提出的定子励磁型轴向磁通磁齿轮能够实现稳定的变速传动,传动比测试结果与理论计算结果相吻合,验证了设计的有效性。.综上,本项目研究了一类采用定子励磁及斜槽结构的新型场调制型磁齿轮,该项目在磁齿轮拓扑结构、磁场调制耦合作用机理、优化设计分析及损耗计算等方面的研究,将为磁齿轮的工程应用提供理论基础和技术支持,同时也将丰富磁齿轮的研究内容,不仅具有重要的科学意义和学术价值,而且具有较为广阔的应用前景。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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