少齿差永磁齿轮系的研究与设计

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/m3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.     

同心式永磁齿轮启动特性建模与分析

采用转子动力学原理对同心式永磁齿轮（CPMG）的启动特性进行数理建模,分析了CPMG传动比、启动位置及从动转子输出转速对启动特性的影响。基于瞬态有限元方法,建立了3种尺寸相同、传动比不同的CPMG有限元模型,分析了不同传动比下的启动特性,当传动比含有0.75时,启动特性最佳。基于动量矩定理,给出了从动转子启动位置对启动特性的影响关系,当输出转矩等于负载转矩时为最佳启动位置。通过计算作用在从动转子上转矩的交变周期,得出了从动转子输出转速与输出转矩交变周期之间的关系,当从动转子输出转速较大时,输出转矩的交变周期也较大,此时CPMG较易启动。     

基于Halbach排列的摆线永磁齿轮

摆线永磁齿轮是通过内转子本身自转和公转来传递转速,可以获得较高的传动比和转矩密度。为改善漏磁、提高永磁体利用率,将永磁体采用Halbach排列,根据其工作原理设计制造了一台样机。通过有限元模拟摆线永磁齿轮的磁场分布和静态转矩特性。与一般结构相比,采用90°Halbach结构时最大转矩密度的平均值可提高30%左右,且最大转矩密度的波动较小,传动更平稳。最后,通过实验分别测试转子不同转角时的传动转矩,所得结果与模拟结果比较吻合。结果表明基于Halbach排列的摆线永磁齿轮可以有效的改善漏磁现象,获得更高的转矩密度。     

一种改进型同心式磁力齿轮磁场分析及转矩计算

同心式磁力齿轮是一种结构新颖、具有广阔发展前景的新型传动装置,它是利用磁场调制原理实现大转矩传递。本文在同心式磁力齿轮结构的基础上对调磁环进行改进,在调磁环的内侧加入硅钢构成一个机械桥,运用二维有限元法对改进型磁力齿轮模型进行仿真,并计算磁力齿轮电磁场和电磁转矩,同时与普通同心式磁力齿轮磁场和转矩进行比较。计算结果表明,改进型磁力齿轮磁场较普通型磁力齿轮磁场磁密幅值高,其谐波含量较低,转矩也有所提高。这对同心式磁力齿轮转矩密度的提高研究及应用具有重要意义。     

高性能磁力齿轮传动性能的动态仿真分析与实验研究

针对一台永磁内转子极对数为7,永磁外转子极对数为15的高性能磁力齿轮,为了研究其传动性能,讨论了磁力齿轮的3种运行方式,推导了其传动比关系,并在此基础上,推导了传动效率、转矩与传动比之间的关系公式;在转速较低的情况下,当传动效率为1,输出转矩仅为输入转矩与传动比的乘积。为此,运用有限元软件,对3种运动方式在转速较低的情况下分别进行了双转子转动时的动态仿真分析,得到了不同负载对转矩的影响。最后通过传动性能实验装置进行实验验证,测得不同负载下磁力齿轮的转矩。结果表明,在转速较低的情况下,输入转矩随着输出转矩的增大成线性增加,且输出转矩与输入转矩的比值近似等于传动比的值,这一研究可用于在传动比已知情况下的动态转矩的估算。     

磁齿轮啮合型电机齿槽转矩影响因素分析

磁齿轮啮合型电机是一种具有新颖电磁结构的永磁驱动元件,其具有转矩密度高、低速转矩大等优点。在分析所研究磁齿轮啮合型电机工作原理和齿槽转矩表达式后,得出了影响磁齿轮啮合型电机齿槽转矩的几个因素,利用有限元的方法建立了电机二维模型,对影响电机齿槽转矩及其波动的各种因素进行了仿真分析,得到了齿槽转矩及波动与电机结构尺寸和永磁体材料的变化关系。     

双调制同轴磁齿轮的结构设计与传动性能分析

针对传统磁齿轮永磁体漏磁现象而引起的传递转矩较低的问题,在永磁体气隙相对磁导率推导分析的基础上,建立了具有双调制结构的同轴式磁齿轮模型。运用有限元方法对该模型进行仿真,分析研究了辅助磁通调制的作用,并计算磁通密度和传递转矩,与传统磁齿轮的磁通密度和传递转矩进行了比较。仿真结果表明,双调制结构的同轴式磁齿轮能有效增强气隙磁通密度,减少漏磁并提高传递转矩。这种双调制磁齿轮结构对同轴式磁齿轮转矩密度的提高及应用具有重要意义。     

一种新型永磁齿轮的性能分析与参数优化

首先简要介绍了磁场调制式永磁齿轮的工作原理,由于永磁齿轮两转子间非刚性磁耦合特性,导致在启动以及负载和转速发生变化时,出现转矩和转速的暂态振荡现象。为了提高整个传动系统的动态稳定性,提出一种在高速转子侧增加阻尼绕组的永磁齿轮结构,利用电磁场分析软件建立了有限元仿真模型,并对其进行永磁体及调磁环参数优化分析以获得最大静态转矩,改变阻尼绕组半径及端环阻值大小以减小动态调节时间。仿真结果证明,阻尼绕组的加入能有效减小负载侧转矩和转速的振荡幅值,缩短调节时间,合理的结构参数使得永磁齿轮在获得最大静态转矩的基础上,动态性能得以提高。     

磁场调制式永磁齿轮结构参数与转矩关系

针对磁场调制式永磁齿轮内部结构复杂、磁路计算时参数众多、结构设计时各项参数选择难度较大等问题,在原理分析的基础上,建立了适于Ansoft分析的仿真模型,并对其结构参数进行了仿真与优化.详细分析了传动比固定时机构各参数与所传递转矩的关系及变化规律,并基于单个参数的优化基础,对该机构传动参数进行了综合优化.     

HEV用行星齿轮式动力耦合装置设计与运动分析

基于某款混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)动力系统参数,为实现有效传递汽车所需动力的要求,设计了一种行星齿轮式动力耦合装置动力传动结构,并确定了行星齿轮机构的主要参数和传动比;运用UG NX8.0对行星齿轮式动力耦合装置进行建模、装配及运动仿真;通过运动仿真结果得出的机构传动比与理论计算结果对比分析,验证了行星齿轮式动力耦合装置设计的合理性,为后续的有限元分析和结构优化奠定基础。     

变转矩限滑差速器非圆锥齿轮结构强度分析

针对越野车变转矩限滑差速器锁紧系数较小的问题,提出了一种新型限滑差速器非圆锥齿轮结构,行星齿轮与半轴齿轮齿数之比为1∶2,传动比以行星齿轮转1圈为1个周期,可以最大限度地提高传动比变化幅值,达到±40%,使差速器的理论锁紧系数由原来的1.857增加到2.33,增强了车辆的通过性。针对非圆锥齿轮传动的特点,提出该差速器结构有限元建模、分析方法:先用接触面结点耦合的方法求出给定转矩下小齿轮的转动位移,再建立接触摩擦模型,利用转动位移作为输入条件求得各锥齿轮工作应力。对不同结构的限滑差速器非圆锥齿轮进行不同方法的有限元仿真计算比较,结合传动试验,结果证明所改进的结构性能和强度更优,所采用的仿真计算方法正确有效。     

基于Matlab遗传算法工具箱的同心式磁力齿轮优化设计

运用全局解析法对同心式磁力齿轮电磁场、电磁转矩进行分析和计算,在此基础上,利用Matlab优化工具箱中的遗传算法对其优化设计。实验结果表明,基于Matlab遗传算法工具箱的同心式磁力齿轮优化设计方法得到了令人满意的结果,并为同心式磁力齿轮的分析和设计提供了一个新的途径。这对同心式磁力齿轮的研究及应用具有重要意义。     

永磁行星齿轮传动的参数设计与实验研究

为了提高磁齿轮传递转矩,将行星传动设计理念应用于磁齿轮传动机构设计中,对2K-H型永磁行星齿轮传动系统进行了研究,采用等效电流模型法推导了该传动系统的转矩表达式,通过分析设计参数对转矩的影响规律,确定系统设计参数,研制试验样机,设计实验,测试系统传动比、极限转矩及传动效率,测试结果表明,永磁行星齿轮传动样机能够正常运转,传动平稳且传动效率较高,说明转矩表达式的理论推导正确,传动系统的参数选择及结构设计合理。     

Halbach永磁阵列型轴向调制永磁齿轮

本文提出了一种可输出高转矩的轴向调制永磁齿轮。在不改变轴向调制永磁齿轮整体尺寸的情况下,将主、从动磁极按照Halbach永磁阵列进行排列,利用Halbach永磁阵列的聚磁作用,增大主、从动侧气隙内耦合磁场的磁场强度,并使用有限元法对这种永磁齿轮进行了仿真分析。结果表明Halbach永磁齿轮比传统阵列永磁齿轮的输出转矩更大;对气隙磁通量密度的谐波分析表明,Halbach永磁齿轮和传统阵列永磁齿轮的气隙磁密谐波变化趋势一致,因此传动机理不变;对Halbach永磁齿轮的磁极的扇形角度进行优化处理后,可以进一步增大输出转矩。     

一种提高磁齿轮转矩新方法

相比机械齿轮接触式传动,磁齿轮是一种结构新颖、具有广阔发展前景的新型传动装置,它利用磁场调制原理实现大转矩传递。在传统磁齿轮结构基础上对内、外转子永磁体进行改进,内永磁体为三角形-扇形相间,内外永磁体均为Halbach阵列。运用二维有限元法对改进型磁齿轮模型进行仿真,并计算磁齿轮电磁场和电磁转矩,同时与传统磁齿轮磁场和转矩进行比较。仿真结果表明,改进型磁齿轮能有效增强气隙磁密幅值,减小气隙谐波含量,同时输出转矩较传统磁齿轮提高。这对同心式磁力齿轮转矩密度的提高研究及应用具有重要意义。     

高速乘坐式插秧机无级变速系统行星齿轮机构研究

行星齿轮机构的效率和转矩是评价行星齿轮传动性能优劣的重要指标。分析已有的两种行星齿轮机构,提出与HST静液式无级变速器匹配的第三种行星齿轮机构,对比探讨三种行星齿轮机构的结构特点和传动比、机械效率、转矩,在最大传动比一致(为32)且HST静液式无级变速装置变量泵操作臂转过相同角度的情况下,第三种结构的行星齿轮机构传动比可以在较大值的范围内变化,曲线平缓,最小值是-3.3,并且当变量泵定量马达排量比变化率在-0.85~0.425时其机械效率达到90%以上,同时它的输出转矩较大,使高速乘坐式插秧机具有足够大的驱动力,并且变量泵操纵臂的改进设计也简单,与HST静液式无级变速器匹配构成的插秧机无级变速系统可适用于农用机械中。     

含Halbach永磁阵列的磁场调制式磁力齿轮特性分析

磁场调制式磁力齿轮是一种非接触磁力传动装置,Halbach永磁阵列是一种非单一充磁方向的新型永磁结构。为了掌握含Halbach永磁阵列磁场调制式磁力齿轮的磁场和机械特性,首先,用傅里叶级数展开方法表达了Halbach永磁阵列磁化强度的基波和谐波分量;其次,利用有限元方法,分别建立了径向充磁型和Halbach型磁场调制式磁力齿轮模型,比较了两种模型内外气隙磁场和磁场谐波、内转子和外转子的矩角特性和齿槽转矩特性。通过对比可知,相比于径向充磁型磁力齿轮,Halbach型磁力齿轮具有更加平滑的转矩输出。     

基于有限元分析的交叉轴永磁齿轮传动的研究与分析

介绍了永磁齿轮的计算方法和有限元分析,简要阐述了永磁齿轮的原理和结构,建立了用于有限元分析的物理模型和数学模型。通过对永磁齿轮的有限元分析来模拟了永磁齿轮传动中的磁场分布,并通过计算数据与有限元分析软件的结果相比较．证明了所做的有限元分析的正确性。     

工业机器人用盘式永磁电机设计与优化

为提升工业机器人所用电机的带负载能力,提出一种内置式盘式永磁电机。建立内置式盘式永磁电机的三维有限元模型和盘式永磁电机转矩计算公式;通过对内置式盘式永磁电机的电磁性能进行仿真分析,验证了模型的正确性;对电机的输出转矩进行优化仿真,结果表明：相较于之前的表贴式永磁电机输出转矩得到了22.5%的提升。     

基于子域法的双励磁双调制轴向式磁场调制永磁齿轮磁场分析

轴向式磁场调制永磁齿轮(AFMPMG)存在轴向及切向漏磁严重及转矩密度偏低等问题。在AFMPMG基础上引入了一个外调磁环,使之构成一种双励磁、双调制的AFMPMG(DEM-AFMPMG)结构,由于DEM-AFMPMG低速永磁转子夹在内、外两个调磁环之间,因此可将AFMPMG轴向及切向漏磁通转化成有用谐波,从而增大DEM-AFMPMG输出转矩及转矩密度。虽然3D有限元法计及了永磁齿轮端部漏磁,具有计算精度高等优点,但同时也使计算机资源占用率过高且结构参数优化周期较长,针对此,提出了一种基于子域法的计算DEM-AFMPMG气隙磁场及电磁转矩数学模型,该方法可将3D模型等效为2D模型,但包括了3D模型的所有因素。算例计算结果表明,基于子域法模型的计算精度与3D有限元法的计算精度相当(气隙磁通密度及电磁转矩的计算误差均不大于5%,转矩密度的计算误差不大于1.5%),但子域法模型计算速度更快,且易于实现计算机程序化,更有利于DEM-AFMPMG的结构参数分析与优化。