一种新型Halbach阵列同心式磁力齿轮设计.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107784130A(43)申请公布日2018.03.09(21)申请号201610714041.6(22)申请日2016.08.24(71)申请人申茂军地址110179辽宁省沈阳市浑南新区新明街11号3楼2号(72)发明人申茂军(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书1页说明书2页附图1页(54)发明名称一种新型Halbach阵列同心式磁力齿轮设计(57)摘要本发明公开一种新型Halbach阵列同心式磁力齿轮设计方法，该方法是针对磁力齿轮结构的特殊性，对磁力齿轮两转子永磁体采用Halbach阵列充磁，建立Halbach充磁解析模型；应用全局解析法分析Halbach阵列同心式磁力齿轮。其次，详细分析了在传动比不变的情况下，调磁环铁心宽度、调磁环高度及外转子轭部厚度等参数与磁力齿轮最大静态转矩之间的关系。以一台内转子4对极、外转子17对极的Halbach阵列同心式磁力齿轮样机为例，计算了气隙磁场和电磁转矩，并与有限元法结果比较。合理选择结构参数可以提高磁力齿轮的转矩密度，为同心式磁力齿轮结构参数的设计与优化提供依据及方向。CN107784130ACN107784130A权利要求书1/1页1.一种新型Halbach阵列同心式磁力齿轮设计，其特征在于：该方法是针对磁力齿轮结构的特殊性，对磁力齿轮两转子永磁体采用Halbach阵列充磁，建立Halbach充磁解析模型；应用全局解析法分析Halbach阵列同心式磁力齿轮，其次，详细分析了在传动比不变的情况下，调磁环铁心宽度、调磁环高度及外转子轭部厚度等参数与磁力齿轮最大静态转矩之间的关系，以一台内转子4对极、外转子17对极的Halbach阵列同心式磁力齿轮样机为例，计算了气隙磁场和电磁转矩，并与有限元法结果比较，合理选择结构参数可以提高磁力齿轮的转矩密度，为同心式磁力齿轮结构参数的设计与优化提供依据及方向。2.根据权利要求1所述的新型Halbach阵列同心式磁力齿轮设计，其特征在于，所述解析模型，通过Halbach阵列同心式磁力齿轮结构模型，共分为5个子区域，包括内外两层气隙子区域、内外转子永磁体子区域和调磁定子槽子区域，内外转子磁极分别为4对极和17对极调磁环齿数Q=21，内转子每极永磁体分为4小块，外转子每极永磁体分为2小块。3.根据权利要求1所述的新型Halbach阵列同心式磁力齿轮设计，其特征在于，所述的结构参数与转矩关系，根据麦克斯韦应力张量法理论，电磁转矩的大小与磁场有关，如何提高磁场强度就是解决问题的关键，磁场强度的大小与气隙长度、永磁体厚度、调磁环高度、调磁环之间的宽度(即槽口宽度)、转子铁心轭部厚度及硅钢种类等都有关系，根据同心式磁力齿轮自身特点，选取这几个结这构参数作为优化变量。4.根据权利要求1所述的新型Halbach阵列同心式磁力齿轮设计，其特征在于，所述的计算实例及实验验证，作用是为了验证本解析计算方法和优化设计的有效性，制造了一台Halbach阵列同心式磁力齿轮样机，将内、外转子永磁体和调磁定子槽初始相位角均设为0°，该样机在内、外转子轭部Halbach阵列充磁磁密较同部位径向充磁磁密小很多，因此转子材料有所减少，降低了体积及成本。2CN107784130A说明书1/2页一种新型Halbach阵列同心式磁力齿轮设计技术领域[0001]本发明属于磁传动领域，尤其涉及一种新型Halbach阵列同心式磁力齿轮设计方法。背景技术[0002]同心式磁力齿轮是利用磁场的耦合来传递动力的机械装置，与传统机械齿轮相比，同心式磁力齿轮不仅具有振动噪声小、可靠性高、运行过程中无需润滑，自动过载保护功能等优点，而且传动转矩密度能够达到100kN·m/m3，完全有能力与横向磁通永磁电机相媲美。所以磁力齿轮已经越来越受到科研人员的重视。[0003]目前国内外学者对磁力齿轮进行的理论与实验研究已取得了一些进展，并已将其应用于复合电机、永磁无刷电机、风力涡轮电机中。虽然可以通过实验得到磁力齿轮的运行效率，但是在传动效率方面的研究主要是通过模拟和实验来进行，而在理论方面，则主要是侧重有关输入转矩和输出转矩的理论计算，而结构参数对传动性能的影响研究甚少。发明内容[0004]本发明就是针对上述问题，提供了一种新型Halbach阵列同心式磁力齿轮设计方法，该方法是针对磁力齿轮结构的特殊性，对磁力齿轮两转子永磁体采用Halbach阵列充磁，建立Halbach充磁解析模型；应用全局解析法分析Halbach阵列同心式磁力齿轮。其次，详细分析了在传动比不变的情况下，调磁环铁心宽度、调磁环高度及外转子轭部厚度等参数与磁力齿轮最大静态转矩之间的关系。以一台内转子4对极、外转子17对极的Halbach阵列同