一种混合充磁同心磁齿轮及其复合电机分析

杨岸涛，井立兵，李 浩

(三峡大学,宜昌443000)

0 引 言

半直驱和直接驱动已逐渐成为现代驱动方式的优先选择,电磁式驱动作为直接驱动方式的一种,在无机械接触下传递转矩,往往可以避免机械损耗和摩擦疲劳。同心式磁齿轮作为其中一种较为新型的驱动元件,可靠性高,噪声小,可自动过载保护同时也拥有较高的输出转矩[1]。

传统充磁同心式磁齿轮内外转子永磁体一般均采用径向充磁,传动转矩密度最高可达100 k N·m/m3左右[2]。目前,国内外已有许多针对磁齿轮优化及其复合电机应用的研究[3-4]。文献[5]对3种不同传动比磁齿轮的磁密和静态转矩特性进行了比较,其中传动比为-1:5.75的磁齿轮有较大的基次谐波幅值和较小转矩波动。文献[6]通过优化调磁环形状提高了内外转子稳态运行转矩,降低了转矩波动。文献[7]分析了永磁体极对数、调磁环厚度以及轭铁厚度等结构参数对同心式磁齿轮转矩的影响。文献[8]研究了一种Halbach阵列正弦充磁同心式磁齿轮,这种磁齿轮中的气隙磁密谐波幅值较高并有较高的输出转矩。文献[9]提出了一种新型复合电机,其内转子由磁齿轮内转子与直流电机外转子共同构成,实现了低速大转矩输出。这种以同心式磁齿轮为基础的复合电机已逐渐被应用于风力发电机[10-11]、电动汽车[12-13]和航天航空等领域。

同心式磁齿轮依靠内外气隙磁场谐波极对数相匹配来传递谐波[14]。本文在内转子永磁体仍为径向充磁的基础上,将外转子永磁体进行Halbach阵列正弦充磁,建立了一种混合充磁同心式磁齿轮的二维模型,利用有限元软件进行了磁场分析和转矩计算。……