高转矩密度的聚磁Halbach少极差磁齿轮设计与优化
2021-07-23戴太阳
李 辉,戴太阳,卢 敏,袁 彬,殷 毅
(重庆大学 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆 400044)
0 引 言
磁齿轮相比机械齿轮具有低噪声、无摩擦、高效率、高耐久和自适应过载保护等优势,有望在未来替代机械传动机构[1-3]。然而,现阶段磁齿轮的转矩密度一般在100~290 kN·m/m3,而机械式齿轮容许转矩密度则可达到700 kN·m/m3以上,磁齿轮还面临转矩密度有待提高的问题[4-6]。
提高磁齿轮转矩密度的方法是增加磁耦合,以提高气隙磁密中的有效谐波分量,改变磁齿轮拓扑结构是增加磁极耦合的有效手段。文献[7]提出调制型磁齿轮拓扑,采用同心式结构,但需要在内外转子之间放入调制环铁心产生双层气隙结构,大大增加了内外转子之间的气隙长度,使得漏磁增加,磁极耦合程度不高,气隙磁密中有效谐波幅值难以提高,转矩密度可达100 kN·m/m3,且由于其转矩和传动比之间的约束关系,当传动比高于20∶1时,转矩密度会出现下降趋势[8]。文献[9]提出少极差磁齿轮(以下简称MGSPD)拓扑,采用偏心式结构,利用内外转子偏心产生的不均匀气隙调制磁场[10],无需使用调磁块,由此只需单层气隙结构即可实现变速传动,大大提高了气隙磁密,其表贴式MGSPD转矩密度在传动比20∶1时达180 kN·m/m3。文献[11]提出聚磁MGSPD结构,通过优化其转矩密度可达291 kN·m/m3,传动比25∶1。文献[12]将Halbach结构应用到MGSPD,转矩密度达294 kN·m/m3。但是上述结构转矩密度仍然偏低,需要探索一种转矩密度更高的磁齿轮结构。
本文将聚磁结构和Halbach结构进行组合,提出聚磁Halbach MGSPD(以下简称FFHMGSPD)结构,进一步提高了磁齿轮的转矩密度,但是其结构参数更加复杂。……
