[发明专利]一种新型磁场调制式永磁齿轮模型设计

说明书

技术领域

本发明属于磁传动领域，尤其涉及一种新型磁场调制式永磁齿轮模型设计方法。

背景技术

磁场调制式永磁齿轮（FMPMG）具有永磁体利用率高、转矩密度大，并可有效降低转矩脉动等特性，因而在航空发动机、舰船推进器以及风能和潮汐能发电机等领域具有广泛的应用前景。气隙磁通是永磁齿轮传动机构中最重要的性能指标，准确分析与计算永磁齿轮气隙中的基波和谐波磁通是设计永磁齿轮的关键。由于FMPMG运行机理复杂，其经调磁环调制后的两个气隙磁场均发生了非线性畸变，相应的谐波数目也产生了变化，因此难以获得气隙磁通的解析解。目前尚未见系统化的有关FMPMG的气隙磁密理论推导，所见的文献一般均基于2D有限元方法对FMPMG的气隙磁密波形及其相关频谱进行分析，既不能深刻揭示FMPMG内在运行机理，也不能直观看出调磁环对FMPMG的具体调制作用。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供了一种新型磁场调制式永磁齿轮模型设计方法，该方法是基于永磁电机气隙磁密及其单边有槽气 隙磁导的计算方法，对FMPMG气隙磁场进行了理论分析与系统建模；认为磁环对内、外转子所产生的调制作用是FMPMG正确运行的基础，其对一个永磁体转子所产生的调制谐波必须与另一个永磁转子的基波相匹配，才能使FMPMG按一定的传动比输出转速与转矩，且调磁环的调制作用取决于永磁体的磁极对数，磁极对数越多，其调制作用越明显；反之，则并不明显。

本发明采用的技术方案是，一种新型磁场调制式永磁齿轮模型设计方法，包括磁场调制式永磁齿轮数理模型建立、磁场调制式永磁齿轮运行机理、无调磁环时磁场仿真与分析以及引入调磁环后磁场仿真与分析。

所述的磁场调制式永磁齿轮数理模型建立，FMPFG是同轴式永磁齿轮的一 种，包含两个工作气隙。其机械结构主要包括：内圈永磁体及内轭铁组成的内永磁转子，简称内转子；外圈永磁体及外轭铁组成的外永磁转子，简称外转子；调磁环，由调磁极块组成；内气隙（内转子与调磁环之间的气隙）；外气隙（外转 子与调磁环之间气隙），采用瓦片形永磁体，径向充磁方式。

所述的磁场调制式永磁齿轮运行机理，采用调磁环对内转子及外转子所产生的磁场调制后，可使两转子产生的空间磁场谐波数目与相应的永磁体基波相匹配，并进而使内、外转子按一定的传动比运行。

所述的无调磁环时磁场仿真与分析，随着半径的增大，基波和谐波的作用都将逐渐减弱，高次谐波由于其幅值小，随着气隙半径的增大，其幅值较基波减小的更为显著；内、外转子的谐波频谱中没有极对数相等的谐波，不符合转矩传递条件，因此只有内、外转子组成的机构不能正常运行。

所述的引入调磁环后磁场仿真与分析，由于引入调磁环，内转子在内参考圆周处的气隙磁密谐波幅值有明显增加，且气隙磁密的极对数也发生了变化，经调磁环调制的外参考圆周处气隙磁密谐波极对数变化非常明显，其极对数的高次谐波幅值有明显增加，经调磁环调制后，永磁转子磁场的基波仍起主导作用，外转 子经调磁环调制后，调磁环的调制作用非常明显。

本发明的有益效果是：本发明的新型磁场调制式永磁齿轮模型设计方法，系统推导出FMPMG运行机理的数理模型，并以此为基础采用有限元方法分别对无调磁环及引入调磁环后的FMPMG气隙磁场进行仿真分析，且与理论推导所建立的数理模型进行对比分析，阐明了FMPMG的转矩及传动比产生机理及其运行原理，为FMPMG工程实用化奠定了必要的理论及技术基础。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本发明机械结构图。

具体实施方式

如图所示，本发明是一种新型磁场调制式永磁齿轮模型设计方法，包括磁场调制式永磁齿轮数理模型建立、磁场调制式永磁齿轮运行机理、无调磁环时磁场仿真与分析以及引入调磁环后磁场仿真与分析。

所述的磁场调制式永磁齿轮数理模型建立，FMPFG是同轴式永磁齿轮的一 种，包含两个工作气隙。其机械结构主要包括：内圈永磁体及内轭铁组成的内永磁转子，简称内转子；外圈永磁体及外轭铁组成的外永磁转子，简称外转子；调磁环，由调磁极块组成；内气隙（内转子与调磁环之间的气隙）；外气隙（外转 子与调磁环之间气隙），采用瓦片形永磁体，径向充磁方式。

所述的磁场调制式永磁齿轮运行机理，采用调磁环对内转子及外转子所产生的磁场调制后，可使两转子产生的空间磁场谐波数目与相应的永磁体基波相匹配，并进而使内、外转子按一定的传动比运行。