热门关键词:

磁场调制式同心齿轮的结构优化和参数分析

  • 该文件为pdf格式
  • 文件大小:934.86KB
  • 浏览次数
  • 发布时间:2017-01-06
文件介绍:

本资料包含pdf文件1个,下载需要1积分

磁力齿轮是利用磁场的耦合来传递动力的机械,与传统机械齿轮相比,无接触的磁力齿轮传动具有无摩擦损耗、传递效率高、无噪音、无需润滑、无冲击等诸多优点l j。另外,它还具有过载保护能力,在过载时随时切断传动关系,不仅减速器自身不会损坏,还能保护原动机。基于磁力齿轮的这些收稿日期:2012.03.27 修回日期:2012.05.22基金项目:国家自然科学基金资助项目(50877034);科技支甘项目资助通讯作者:宁文飞 E·mail:nwfei###qq.com优点,对磁力齿轮传动的研究越来越引起人们的重视,-些研究将磁力齿轮应用于人工心脏3j和风力发电系统中L4j。

2001年,英国谢菲尔德大学的教授 D.Howe提出了-种高性能的磁场调制式同心齿轮拓扑结构。 这种新型磁力齿轮内、外转子为同心式结构,在转矩传递过程中所有的永磁体都参与转矩传递,有效地提高了永磁体的利用率,因此其转矩密度可以比传统磁性齿轮高出很多,扭矩的传递能力也大大提高。本文以该种拓扑结构的磁场调制式同心齿轮模型为研究对象,对外转子改进式磁力齿轮进行计算分析。

JMagnM aterDevices Vol44 No1永磁体宽度调磁环铁心宽度- ./永磁体高度图7 磁力齿轮计算分析参数力齿轮最大静态转矩传动的参数,主要包括调磁环铁心宽度和外转子永磁体的宽度和高度等进行计算分析,如图 4所示,使磁力齿轮在相同体积下获得最大的传动转矩。

分析计算时,按照表 1中给定的模型参数数值在电磁称算软件中建立有限元计算模型,保持其中两个参数的数值大小不变,然后逐渐改变其中-个参数值的大小,寻找最大静态转矩与变化参数的关系。

4.1调磁环铁心宽度调磁环部分主要由导磁部分和不导磁部分组成,在磁力齿轮中起到磁场调制作用。当调磁环铁心宽度设计得较宽时,相当于(1)式中k-O的情况,内外转子气隙中低次谐波含量较大,传动转矩不平稳,调磁环的磁场调制作用不明显。当调磁环铁心宽度设计得太小,则会造成调磁环铁心块中磁密过饱和,削弱磁力齿轮转矩的传输能力。

在对调磁环分析计算时,保持外转子永磁体的高度和宽度值不变,按表 1中的模型参数取值,同时将调磁环铁心部分按整个圆周25等分,以调磁环铁心宽度与每-份的比例为变量。改变调磁环铁心所占的宽度比例,用电磁分析软件分别建立有限元计算模型,计算出内转子最大静态转矩与调磁环宽度比例的关系,如图 8所示。

./ / / 调磁环铁心宽度比例图8 最大静态转矩与调磁环铁心宽度的关系磁性材料及器件 2013年2月从计算结果可以看出,随调磁环铁心宽度比的增大,最大静态转矩先增大后减小,当调磁环宽度比例在0.45附近时内转子最大静态转矩最大,增大调磁环宽度时,调磁环逐步失去磁场调制作用,宽度比例大于 0.5之后,随着调磁环宽度的增大,调磁环磁场调制作用降低,谐波含量增大,最大静态转矩急剧下降,与前文分析结果-致。

4.2外转子永磁体宽度外转子改进型磁力齿轮永磁体用量减少了,降低了器件成本,但是永磁体宽度选取过窄,其转矩输出能力也会大大降低;如果永磁体选取过宽,永磁体之间的定子铁心部分容易过饱和,也会影响到磁力齿轮的转矩传输能力。所以应该对外转子永磁体的宽度进行优化,合理选龋保持调磁环铁心宽度和外转子永磁体的高度值不变,按表 1中的模型参数取值,同时按外转子整个圆周等分为22,以永磁体宽度与每-份宽度的比为变量,分别建立有限元计算模型,计算最大静态转矩与外转子永磁体宽度的关系,结果如图9所示。

.入 ./ / /I I 10. 0.6 0.6 0., 0.,5外转子永磁体宽度比例图9 最大静态转矩与外转子永磁体宽度的关系从计算结果可以看到,最大静态转矩随外转子永磁体宽度的增大同样是先增大后减小,外转子永磁体宽度比例在0.65附近时磁力齿轮内转子静态传输转矩最大,如果再增大外转子永磁体宽度,永磁体间的铁心部分则因为过饱和影响磁力转矩的传输。

4.3外转子永磁体高度在外转子改进型磁场调制式同心齿轮拓扑结构中,保持齿轮外转子半径不变,增大永磁体的高度可以增加磁场储能,从而提高磁力齿轮的转矩传递能力。但是永磁体高度选取得过高,同样会造成外转子铁心磁密饱和,降低磁力齿轮的转矩传输能力。

为寻找最大静态转矩与外转子永磁体高度之间的关(下转 27页)螂吕.N/ 睾毒 箍 略∞ ∞3 3 3 3 II.N/ 毒毒 瀣 嘣3 陈巧生.微波与光磁性器件M.北京:科学出版社,1988。

[4 吴疃.Ku波段 自偏置微带双 Y结环行器的设计和制作[J.微波学报,2011,27(2):72-74。

[5 Zeina N,How H,Vitoria C,et a1.Self-biasing circulatorsoperating砒 Ka-band utilizing M-type hexagonal fern sJ].IEEE Trans Magn,1992,28(5):3219-3221。

6 张国荣.微波铁氧体材料与器件[M.北京:电子工业出版社,1995。

[7] 孙延龙.Ka波段小型化 自偏置微带环行器的设计与仿真[J].磁性材料及器件,2012,53.55。

作者简介:潘勇才(1987-),男,汉族,广西省玉林市容县人,在读硕士,从事微渡环行器设计与制作研究系,保持调磁环铁心宽度和永磁体的宽度不变,按表 1中的模型参数取值,同时逐渐增加外转子永磁体的高度值,分别建立有限元计算模型,计算出磁力齿轮内转子最大静态转矩与永磁体高度的关系,结果如图 10所示。

·/人、厂 lI l l I I6 8 lo l2 l4 l6外转子永磁体高度/mm图 10 外转子永磁体高度与最大静态转矩关系从图中可以看出,与前面类似,磁力齿轮的最大静态转矩随着永磁体的高度的增加而先增加后减小,在永磁体高度为12mm时达到最大值。由表1知,外转子铁心总厚度为 24mm,当永磁体高度为外转子高度的~半时,可以获得最大静态转矩。

如果继续增大外转子永磁体的高度,也会由于外转子铁心磁密过饱和而降低转矩传输能力。不过,永磁体高度增加,永磁体的用量也会增加,成本提高。

5各参数对转矩密度和功耗的影响对比通过对各参数的计算分析发现,磁力齿轮的转矩密度也随着各参数的改变而变化。按照表 1中的参数建模,同时取外转子永磁体弧度为 10.23。,在保持其他两个参数数值不变的情况下,分别改变调磁环铁心宽度、外转子永磁体的宽带和高度时,通过最大静态转矩可以得到最高平均转矩密度。通过计算改变调磁环铁心宽度、外转子永磁体宽度和高度 时 最 高 平 均 转 矩 密 度 分 别 可 以 达 到76.1kN·m/m3、76.8 kN·m/m 和 82.3 kN·m/m3。从数据对比中可以发现,外转子永磁体高度增加,体积增大,也有效增加了磁力齿轮的转矩密度。

磁性材料反器件 2013年2月E' ::''':'::':' :'不过,各参数的变化也引起磁力齿轮铁耗的增加,在软件计算中可以得到的磁力齿轮的铁耗值,通过计算改变调磁环铁心宽度、外转子永磁体宽度和高度时得到各参数变化对应的最大铁耗分别为24.9J、26.8J和37.7J,说明随着永磁体用量的增加,内外转子铁心中铁耗也相应增加∩以根据计算的结果,合理选取各个参数值,在节约成本、降低铁耗的情况下来获得更大的输出转矩。

6结论外转子改进型磁力齿轮性拓扑结构,不仅降低了永磁体的用量,而且提高了磁力齿轮的机械性能,通过对其气隙磁密特性分析发现,改进后的拓扑结构也可以很好地满足磁力齿轮的传动原理。通过对磁力齿轮调磁环铁心宽度和外转子永磁体宽度和高度等参数进行参数化计算分析,在不改变磁力齿轮体积的情况下研究磁力齿轮的静态转矩与各参数的变化的关系。研究发现,外转子永磁体的高度对磁场调制式同心齿轮的转矩密度和铁耗影响较大。总体来说,结构参数的合理选取,可以有效提高磁力齿轮的转矩密度,同时降低损耗,节约成本,本研究对磁力齿轮的设计具有-定的参考价值。

正在加载...请等待或刷新页面...
发表评论
验证码 验证码加载失败