新型磁齒輪復(fù)合電機(jī)的設(shè)計(jì)研究.pdf

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

2、機(jī)作為實(shí)現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩電機(jī)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(dòng)）、車輛運(yùn)輸（電力機(jī)車、電動(dòng)汽車直接驅(qū)動(dòng)）、可再生能源利用開發(fā)（風(fēng)力發(fā)電）、先進(jìn)制造業(yè)（機(jī)床直接驅(qū)動(dòng)）等場(chǎng)合。
　　 本課題是國(guó)家“863”高科技項(xiàng)目《高效大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動(dòng)復(fù)合式永磁電機(jī)系統(tǒng)研究》(2007AA052233)的研究?jī)?nèi)容之一，對(duì)新型結(jié)構(gòu)釹鐵硼永磁電機(jī)--磁齒輪復(fù)合電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。
　　 本文圍繞這種新型磁齒輪復(fù)合電機(jī)展

3、開研究，具體做了以下幾方面的工作：
　　 1)、以電機(jī)電磁場(chǎng)計(jì)算的解析方法為出發(fā)點(diǎn)，在電機(jī)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(jī)磁場(chǎng)整個(gè)區(qū)域的矢量磁位，為計(jì)算其他物理量奠定了基礎(chǔ)。
　　 2)、分析機(jī)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(jī)的關(guān)鍵部位--磁場(chǎng)調(diào)制式磁齒輪傳動(dòng)裝置的運(yùn)行機(jī)理。針對(duì)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(diǎn)，在多氣隙場(chǎng)合中拓展了數(shù)

4、值解析結(jié)合法的磁場(chǎng)計(jì)算，編制了相應(yīng)的程序。以氣隙磁場(chǎng)諧波分析為出發(fā)點(diǎn)，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(chǎng)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(jì)算得到的定量結(jié)果與運(yùn)行機(jī)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(jī)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出新型磁齒輪復(fù)合電機(jī)。借助于電機(jī)電磁場(chǎng)計(jì)算的數(shù)值解析結(jié)合法，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合電機(jī)內(nèi)、外兩個(gè)轉(zhuǎn)子任

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