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    寧波聲光電機有限公司

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    永磁行星齒輪電機設計結構及有限元淺析

    永磁齒輪電機被廣泛應用到了諸如電動汽車、機械臂等智能機電系統。永磁齒輪電機可以分為同心式磁齒輪和永磁行星齒輪電機。這其中,永磁行星齒輪電機由于功率密度、效率、高傳動比和散熱能力的顯著優勢而引起了越來越多的關注,并廣泛用于高驅動轉矩和低轉速應用。同心式磁齒輪和永磁行星齒輪電機的所有構件繞著同一軸心轉動,此種結構的磁鐵利用率高,有較佳的傳遞轉矩值,是目前具有突破性與代表性的一種。


    依據氣隙方向與磁鐵充磁方向可分為以下 4 種結構: ①徑向氣隙結構: 此種磁齒輪機構的氣隙方向為半徑方向排列。②軸向氣隙結構: 此種磁齒輪機構的氣隙方向為轉軸方向排列。③徑向與軸向結構: 此種磁齒輪機構的氣隙方向同時具半徑與轉軸方向排列。④充磁變異結構: 此種磁齒輪機構的氣隙方向為半徑或轉軸方向排列。

    大多數傳統的永磁齒輪電機參數設計方法僅考慮磁極形狀相對規則且磁極沒有極靴的情況,并不考慮實際應用中存在的優選尺寸問題。


    1、樣機設計與有限元分析

    使用有限元計算并比較永磁行星齒 輪電機的電磁性能和傳動性能,主要涉及磁飽和度, 轉矩,極靴厚度,定子外徑和線圈匝數。

    1)定子極靴厚度對轉矩、氣隙磁通密度的影響

    定子極靴的厚度對磁場的影響較大,通過對極靴厚度的優化,極靴下面的氣隙密度將會均勻。

    2)槽寬優化對磁通密度的影響

    為了優化定子齒部與軛部的磁路結構,從而達到降耗目的。

    3)傳遞轉矩

    分別以永磁太陽輪或永磁行星齒輪或轉子( 永磁外齒圈) 做為固定部分,并以轉子( 永磁外齒圈) 或永磁行星齒輪或永磁太陽輪做為輸出部分,以AnsysMaxwell 有限元分析軟件進行靜磁場與傳遞扭矩分析,從而找到單位永磁體能產生較高傳遞轉矩的永磁行星齒輪電機的優選參數。


    2、電磁性能分析

    通過優化定子齒部與軛部中的槽寬以及槽半徑、定子極靴的厚度、定子線圈匝數、定子外徑,獲得 了優化后的永磁行星齒輪電機結構物理模型,得出 了分析磁力線和磁通密度分布。


    3、仿真與試驗分析

    通過上述分析,改善了永磁行星齒輪電機的整體效率、轉矩密度、功率密度,永磁行星齒輪電機的MAX傳遞轉矩是樣機設計時的 一個性能指標,因此有必要測量其傳遞轉矩的轉矩特性,并與仿真數值 進行比較,是驗證提出的設計方法和優化方法有效性的關鍵。從而獲得了優化后的磁齒輪傳動機構。


    齒輪電機行星減速電機

    采編自微電機,供學習參考。

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