[发明专利]一种基于解析法的正弦充磁同心式磁力齿轮设计磁场分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于解析法的正弦充磁磁力齿轮设计磁场分析方法。

背景技术

同心式磁力齿轮是通过非机械接触传递磁力的一种传动装置。它是利用磁场调制原理实现大转矩传递,与传统的机械齿轮相比,同心式磁力齿轮克服了机械齿轮传动装置所固有的机械疲劳、摩擦损耗及振动噪声等缺点，运行过程中无需润滑，具有自动过载保护功能，但磁力齿轮电磁场计算比较复杂，在有限元计算过程中，虽然计算精度高，但计算时间长，且需要以良好的网格品质保证其高精度。计算中转子转动会引起气隙网格畸变，特别是对于具有内外两层气隙的磁力齿轮而言，两个转子的转速和方向不同，任一方的相对移动必然影响到另一方，转子的转动将更加困难。假如气隙中没有剖分网格，转子可以自由转动，问题也就迎刃而解了。

电磁转矩是电机实现机电能量转换重要参数之一，准确计算磁力齿轮电磁转矩是设计、分析磁力齿轮的关键。有限元法计算电磁转矩，一般采用虚位移法和麦克斯韦应力张量法。从计算精度方面考虑，两种方法都要有高质量的网格剖分。虚位移法计算比较繁琐；而麦克斯韦应力张量法计算电磁转矩时，气隙中的线积分路径需穿过许多有限元网格，网格的品质及从何处穿过网格单元都会对计算结果产生影响。计算出的电磁转矩随气隙半径的变化而变化，没有体现出麦克斯韦应力在电机气隙里与所取曲面无关的特性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于解析法的正弦充磁同心式磁力齿轮设计磁场分析方法，针对同心式磁力齿轮的电磁设计，提出了采用边界摄动法建立解析模型，令内转子永磁体每一极分成4小块，外转子永磁体每一极分成2小块，分别正弦充磁，基于解析法求解两层气隙在永磁体作用下的磁场，根据气隙磁通密度的分布，求解同心式磁力齿轮的电磁转矩。本发明的同心式磁力齿轮的磁场分析方法可以应用到同心式磁力谐波啮合齿轮、同心式级联磁力齿轮变速箱、同心式磁力齿轮传动盘等众多同心式磁力传动装置的电磁设计中。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于解析法的正弦充磁同心式磁力齿轮设计磁场分析方法，依次包括以下步骤：

步骤一：建立正弦充磁永磁体阵列数学模型，编写相应的计算程序；

步骤二：给定正弦充磁内外转子永磁体阵列极对数、磁极尺寸、每极磁块数及磁化方向；

步骤三：确定正弦充磁磁力齿轮基本结构参数；

步骤四：解析法计算磁齿轮静态磁场；

步骤五：磁齿轮内外转子电磁转矩和矩角特性计算。

所述步骤一中建立正弦充磁永磁体阵列数学模型需要确定各块永磁体的磁化强度，

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