[发明专利]一种新型高性能同轴式磁力齿轮

说明书

本发明公开一种新型高性能同轴式磁力齿轮，该方法是针对高性能磁力齿轮，考虑其结构参数与调磁极片对转矩的影响，设计了一种由非导磁材料与软磁材料组合的鼠笼式调磁极片结构，利用软件对其进行了模拟分析，根据分析结果得出了各种参数的最优值，模拟最优值情况下磁力齿轮的传动性能，并试制了此种参数下的实验样机，通过实验获得了此样机的性能参数，将其与模拟结果进行对比，分析了实验误差产生的原因，最后验证了样机设计的可行性和合理性，同时验证了有限元算法的准确性，这对以后提高同轴式磁力齿轮扭矩承载与结构参数的优化具有重要的指导意义。

技术领域

本发明属于磁传动领域，尤其涉及一种新型高性能同轴式磁力齿轮。

背景技术

工业上广泛采用机械齿轮来达到传递扭矩和改变转速的目的，但是机械齿轮有很多不可避免的缺陷，诸如齿轮之间的机械接触磨损、噪声、振动等，因此越来越多的学者进行磁力齿轮方面的研究，磁力齿轮同机械齿轮相比有着很多重要的优点，比如维护少、传动稳定性高、内部可过载保护、输入输出轴之间可物理 分离等。磁力齿轮可以在各种不同的嵌入式电动机或发电机中使用，如多电航空引擎、电力轮船推进系统、风力发电机等。随着高性能永磁体的问世，磁力齿轮传递的扭矩密度和效率有了很大的提高。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供了一种新型高性能同轴式磁力齿轮结构，该方法是针对高性能磁力齿轮，考虑其结构参数与调磁极片对转矩的影响， 设计了一种由非导磁材料与软磁材料组合的鼠笼式调磁极片结构，利用软件对其进行了模拟分析，根据分析结果得出了各种参数的最优值，模拟最优值情况下磁力齿轮的传动性能，并试制了此种参数下的实验样机，通过实验获得了此样机的性能参数，将其与模拟结果进行对比，分析了实验误差产生的原因，最后验证了样机设计的可行性和合理性，同时验证了有限元算法的准确性。

本发明采用的技术方案是，一种新型高性能同轴式磁力齿轮结构设计方法，包括高性能同轴式磁力齿轮的结构、瞬态分析、空载磁场模拟、结构参数影响分析、优化值模拟。

所述的高性能同轴式磁力齿轮结构，此种结构中含有调磁极片，通过调磁极片对磁场的调制，所有的永磁体都起到了传递扭矩的作用，永磁体利用率的提升导致扭矩密度大大提高；采用非导磁材料与软磁材料组合的鼠笼式结构，其中非导磁材料为尼龙，软磁材料为硅钢，此结构不但能保证调磁极片结构强度和刚度，还能较好地阻止感应电流的轴向流动，从而有效减少涡流，提高效率。

所述的瞬态分析，采用进行瞬态分析时，固定模型的某一部分使其速度为零， 与固定部分有相对运动的物体固定在自身的坐标系内，在分析磁力齿轮瞬态气隙磁场时，为模拟磁力齿轮运行时两个转子的相对运动。

所述的空载磁场模拟，作用是磁力齿轮的结构参数对其性能的影响很大，通过分析可知影响磁力齿轮的主要因素有内外气隙长度、永磁体厚度与长径比，磁能主要储存在气隙中，能量也是通过气隙来传递的；永磁体厚度的变化会引起磁通密度的变化；长径比的大小影响永磁体的利用率。

所述的结构参数影响分析，作用是当对结构尺寸要求严格时，若想增大输出转矩，应尽量选择较小的传动比，如果适当地增大结构尺寸，可以得到更大的输出扭矩，那么在材料成本上作一定的让步还是可取的，但实际中扭矩的增加量并不是很明显。

所述的优化值模拟，磁力齿轮主要参数取值应为：内气隙长度2mm，外气隙长度1mm，永磁体厚度7mm，长径比0.185。

本发明的有益效果是：本发明的新型高性能同轴式磁力齿轮结构设计方法，磁力齿轮输出扭矩与内外转子气隙长度成反比，随内外永磁体厚度的增大先增大后减小，同时随长径比增大呈非线性增大。验证了磁力齿轮结构设计的合理性与可行性及有限元模型的准确性，这对以后提高同轴式磁力齿轮扭矩承载与结构参数的优化具有重要的指导意义。

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。