[发明专利]一种同轴磁性齿轮结构设计方法

权利要求书

1.一种同轴磁性齿轮结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，同轴磁性齿轮内转子采用永磁体Halbach阵列，评估非均匀气隙对峰值转矩、脉动转矩、起动响应时间的影响，根据评估结果选取出充磁角度；

S2，同轴磁性齿轮外转子采用永磁体周向分块，评估周向分块数量对同轴磁性齿轮的铁耗、加工及装配难度的影响，根据评估结果选取出永磁体周向分块的数量；

S3，对调磁定子结构参数进行优化设计，评估调磁定子结构参数对调磁定子变形量的影响，根据评估结果选取出内周向角θ_in、外周向角θ_out和径向高度h。

2.根据权利要求1所述的一种同轴磁性齿轮结构设计方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11，基于Maxwell仿真平台，建立不同充磁形式和充磁角度的磁性齿轮有限元仿真模型，充磁形式包括径向充磁和Halbach阵列，充磁角度包括45°Halbach阵列、60°

Halbach阵列和90°Halbach阵列，各模型的永磁体用量和材料参数完全相同；

S12，基于上述模型，通过仿真计算以评估不同Halbach充磁角度条件下，同轴磁性齿轮峰值转矩、脉动转矩、起动响应时间随气隙不均匀度的变化情况，并通过与常规径向充磁条件的计算结果进行对比，以评估各Halbach充磁角度的性能；

S13，Halbach阵列的充磁和装配难度随着Halbach阵列角度的下降而增加，90°Halbach阵列、60°Halbach阵列和45°Halbach阵列的加工和装配难度成倍数增长；综合考虑性能计算结果以及充磁和装配难度，选取合适的Halbach阵列充磁角度。

3.根据权利要求2所述的一种同轴磁性齿轮结构设计方法，其特征在于，所述步骤S2，所述同轴磁性齿轮的永磁体铁耗包括涡流损耗：

式中：b----永磁体长度；h----永磁体高度；V----永磁体体积；ρ----永磁体电导率；f_n----n次交变磁场的频率；B_n----n次交变磁场的磁感应强度；

由上可知，通过减小每一块永磁体的尺寸能够降低涡流损耗；但永磁体分块数过多会加大同轴磁性齿轮的加工和装配难度，综合考虑将外转子永磁体周向均分为2块或3块。

4.根据权利要求3所述的一种同轴磁性齿轮结构设计方法，其特征在于，所述步骤S3，通过表面响应法和遗传算法，以同轴磁性齿轮的输出峰值转矩为约束条件，以调磁定子的最大变形量为优化目标，对调磁定子的内周向角θ_in、外周向角θ_out和径向高度h进行优化设计。

5.一种同轴磁性齿轮，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的同轴磁性齿轮结构设计方法进行结构设计，所述同轴磁性齿轮包括由内至外同轴设置的内转子、调磁定子、外转子，且内转子与调磁定子之间设有内气隙、外转子与调磁定子之间设有外气隙，内转子的外表面表贴内转子永磁体，外转子的内表面内嵌外转子永磁体；

所述内转子永磁体采用永磁体Halbach阵列，充磁角度为60°；

所述外转子永磁体采用永磁体周向分块，外转子永磁体周向均分为2块；

所述调磁定子的内周向角θ_in、外周向角θ_out和径向高度h分别为9°、3.54°和3mm。

6.根据权利要求5所述的一种同轴磁性齿轮，其特征在于，所述同轴磁性齿轮的峰值转矩为211.70Nm，内转子脉动转矩幅值为0.03Nm，外转子脉动转矩幅值为0.09Nm，起动响应时间为0.73s，总体铁耗为8.1kW，传动效率为94.00％。