轴向调制永磁减速器转矩影响因素仿真分析

对于轴向调制永磁减速器,应用有限元仿真技术和正交试验方法,在磁极数量、转子外径和磁极截面积一定的条件下,研究了主、从动磁极和调制磁极的厚度(h1,h3,h2),主、从动盘的厚度(h0,h4),以及主动侧和从动侧气隙(gap1,gap2)等7个参数对输出静转矩的影响。对仿真试验结果进行的极差分析表明:gap2对静转矩影响最为显著,且gap2越小,静转矩越大;其次是h1和h2,h1越大或h2越小静转矩越大;gap1和h3对静转矩影响较大,gap1越小或h3越大静转矩越大。h0和h4对静转矩的影响最小。     

Halbach阵列筒式永磁调速器研究

应用有限元仿真技术,对3种磁极排列和充磁方式对筒式永磁调速器转矩的影响进行研究,3种磁极排列和充磁方式分别为Halbach阵列M_2(极宽系数k=1)、Halbach阵列M_3(极宽系数k≠1)及传统磁极阵列M_1(径向充磁且极宽系数k=1)。结果表明,3种方式中,M_3具有最大的输出转矩,机械特性硬度也最大,具有较高的工作稳定性。在转差率3.5%时,M_3的输出转矩在k3.2时随k的增大而增大;当k3.2后,输出转矩逐渐减小,即输出转矩在k=3.2处取得最大值。当k变化在2.3~4时,输出转矩的波动范围不超过其最大值的1%。故在设计调速器时,M_3的极宽系数k≥2.3即可。     

一种新型大转矩传输CVT的性能分析与参数优化

针对某新型CVT机构,提出以输入转矩分矩比、输入功率分流比、输出输入转矩比和速比变化宽度为指标的传动性能评价体系;分析有利于性能指标朝期望目标变化的定轴轮系传动比、双排差动轮系转换机构传动比的变化趋势;建立以两传动比为变量,以输入转矩分矩比小、输出输入转矩比大、速比变化宽度大为目标的数学模型,采用线性加权法和Fmincon函数得到多目标优化的非劣解。最后绘制非劣解下输入转矩分矩比、输出输入转矩比的曲线,并计算相应的速比变化宽度。结果表明,非劣解下的新型CVT机构具有大转矩输出、变速范围宽的特点。     

盘式同轴永磁减速器传动机理仿真分析

永磁减速器是利用永磁体之间的引力或斥力实现非接触式的力和运动传递的.通过有限元仿真,建立了盘式同轴永磁减速器低速侧气隙磁密轴向分量的分布曲线.通过对气隙磁密谐波静态结构、主动磁极转动时气隙磁密谐波的变化规律,以及磁密谐波与从动磁极磁力耦合过程的分析,从直观角度阐明了永磁减速器的传动机理.对气隙磁密的周期性变化过程进行了分析,探讨了从动转子输出静力矩中谐波分量的产生原因.     

永磁丝杠推力及其影响因素研究

针对永磁丝杠的丝杠和螺母之间不存在机械接触,两者依靠永磁体磁场的耦合实现丝杠旋转运动与螺母直线运动之间的运动变换等问题,对永磁丝杠的传动原理、传动比及推力进行理论分析,推导出传动比和推力与磁极节距、磁极对数、磁极宽度及丝杠直径等结构参数之间的关系式,提出磁极宽度、磁极对数和丝杠直径3者的约束条件。通过有限元仿真,对磁极节距、气隙长度、磁极厚度及轭铁厚度等因素对推力的影响进行研究。结果表明,气隙长度对推力的影响最大,且随着气隙长度增大,推力近乎线性减小。推力随磁极节增大以近似抛物线的关系变化,且在磁极节距8 mm时推力达到最大值。丝杠和螺母的磁极厚度变化对推力的影响基本相同,即磁极厚度越大推力越大;但在磁极厚度≤5 mm时推力变化较快,当磁极厚度超过5 mm后推力变化趋于平缓。丝杠和螺母轭铁厚度的变化对推力没有影响。     

基于半斜环永磁体的永磁丝杠研究

为解决永磁丝杠中螺旋磁极的制造难题,提出用半斜环磁极组合结构替代螺旋磁极的技术方案。应用有限元仿真技术,对永磁丝杠中的丝杠和螺母均采用螺旋磁极(G1)、分别采用螺旋磁极和斜环磁极(G2)、均采用半斜环磁极(G3)3种磁极结构方案的静特性进行了分析,从最大推力和最大转矩看,方案G2的数值略大于方案G1的50%,分别为G1数值的57.7%和53.9%,方案G3的数值则仅比方案G1的分别小4%和0.6%,证明了半斜环磁极组合结构方案与螺旋磁极的传动能力几乎相同。为了描述半斜环磁极极宽与节距的关系,提出了极距比的概念,并对极距比K=0~0.7时的半斜环组合磁极丝杠的静特性进行了仿真研究,结果表明,当K=0.3时,单位体积磁极产生的推力和转矩最大。为了提高磁能利用率,进行丝杠设计时应取K=0.3。     

基于斜磁极的盘式永磁电机齿槽转矩削弱方法

采用基于能量法和傅里叶分解的解析分析方法,推导出盘式永磁电机在斜极前后的齿槽转矩解析表达式,研究整体磁极斜极与分段磁极斜极对齿槽转矩的不同影响.在此基础上,提出通过确定磁极分段数量、优化分段磁块径向尺寸及选择合适极弧系数来进一步削弱齿槽转矩的方法,利用有限元法进行仿真分析,并将此方法应用于抽油机用盘式电机的转子结构设计.实验结果表明,采用分段磁极斜极方法对削弱盘式永磁电机的齿槽转矩具有理想的效果.     

面装极宽调制式永磁电机齿槽转矩研究

为了抑制面装式永磁电机的齿槽转矩,在对比了抑制齿槽转矩常用方法的基础上,提出永磁体正弦极宽调制方法,结合实例样机设计面装式永磁电机永磁转子极宽调制结构、尺寸和参数.利用有限元方法对传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机内部电磁场进行计算,得到2种结构的永磁电机气隙磁场波形和齿槽转矩特性曲线;与传统面装式永磁电机相比,极宽调制方法可使气隙磁场波形正弦化程度提高38.98%;研制传统面装式永磁电机和极宽调制式永磁电机样机,并设计构建一个由角度传感器、扭矩扳手和样机电机组成的齿槽转矩实用测试系统,对2种不同结构样机的齿槽转矩进行了实验检测.对于2种实例样机,与传统面装式永磁电机相比,有限元分析计算结果和实验结果表明,正弦极宽调制方法可以使齿槽转矩分别降低30.5%和30.9%,可见永磁体正弦极宽调制方法是一种抑制面装式永磁电机齿槽转矩的有效方法之一.     

永磁磁阻双转子混合电机的优化设计

永磁磁阻双转子混合电机是一种新型双转子电机.相较于双转子永磁同步电机,其内部的永磁转子被替换为同步磁阻转子,这种永磁磁阻双转子混合电机在许多方面的性能优于同样设计的双转子永磁同步电机,但存在外转子转矩脉动过大的问题.为了降低永磁磁阻双转子混合电机的外转子输出转矩的转矩脉动,提出利用田口法对电机进行优化,选择7个永磁磁阻双转子混合电机的参数作为优化因子,优化目标为齿槽转矩、外转子转矩脉动和内外转子的转矩.通过实验得到一组最佳优化参数,并用仿真实验验证了该参数组合较原始的参数确实能够降低永磁磁阻双转子混合电机外转子的转矩脉动,同时还能提高永磁磁阻双转子混合电机的内外转子的转矩,验证了田口法在新型永磁磁阻双转子混合电机这种复杂结构电机的多目标优化的有效性.     

横向磁通开关磁阻电机转矩能力的分析

设计了1台永磁屏蔽的横向磁通开关磁阻电机(PM-shield TFSRM)。通过在定、转子极间装设永磁体来屏蔽气隙中的漏磁,以提高输出转矩。采用三维有限元分析方法对电机的磁场进行了分析,表明了永磁屏蔽的有效性。在相同电流通过时,具有永磁屏蔽的横向磁通开关磁阻电机的平均转矩比没有永磁屏蔽的提高近1倍。     

多维齿槽转矩优化方法在永磁电机中的应用研究

分别采用改变定子齿的形状、调整极弧系数以及磁极偏移的方法来削弱永磁电机的齿槽转矩,并将这3种方法相结合使齿槽转矩进一步优化。通过建立永磁电机的有限元模型,对提出的齿槽转矩抑制方法进行理论分析与有限元验证,并对采用磁极偏移法减小齿槽转矩进行了实验验证。结果表明:改变定子齿的形状、最优极弧系数法和磁极偏移法均有效减小齿槽转矩;而采用三者相结合的方法后,永磁电机的齿槽转矩更是得到极大减小;磁极偏移法的有限元仿真结果和实验果基本吻合,验证了该方法对减小齿槽转矩的有效性。     

极宽调制式永磁电机削弱齿槽转矩分析与实验

由于齿槽转矩的存在会使电机产生转矩振荡和噪声,根据齿槽转矩的产生机理,对比现阶段抑制齿槽转矩的几种方法,指出极宽调制式永磁电机在削弱齿槽转矩方面的可行性.通过有限元电磁场分析软件Ansoft对传统表面式永磁电机和极宽调制式永磁电机进行模拟仿真,计算两种结构永磁电机的齿槽转矩,并设计构建一个由角度传感器、永磁电机、扭矩扳手等器件组成的齿槽转矩测试系统,并对两种不同结构样机的齿槽转矩进行实验.实验结果与Ansoft仿真结果具有一致性,证明了极宽调制式电机降低永磁电机齿槽转矩方法的正确性,极宽调制方法也是削弱齿槽转矩的有效方法.     

加工中心主轴箱虚拟样机设计

设计整体采用无级变速交流电机串联变速箱有级调速的方式,变速箱转速切换采用拨叉拨动输入轴两组双联齿轮滑移改变传动比,使主轴在转速范围内输出16级转速。操纵机构采用双液压缸带动拨叉操纵双联齿轮,使输入轴齿轮切换啮合位点。在中间轴采用电磁式离合器快速切换各级转速,合理利用主轴箱空间的同时,提高了整体的传动效率,整体设计符合自动化的要求。     

基于IHS算法的轴向永磁调速器参数优化的研究

设计了一种具有扇环体磁极永磁转子的永磁调速器。针对该结构提出多目标优化问题,首先建立了多目标优化的数学模型;然后基于BP神经网络建立了该装置的优化结构参数与性能指标(即输出转矩和涡流损耗)之间的预测模型;为了尽可能实现输出转矩最大和涡流损耗最小,将两个优化目标转化为"满意度最大"这一单目标问题,并利用IHS算法进行求解,得出了满意的结构。有限元仿真结果表明:与标准结构永磁调速器相比,优化之后永磁调速器的性能得到了改善,使得涡流损耗在基本不改变的情况下输出转矩得到了极大地提高。     

基于分层优化策略的永磁同步电机转子结构多目标优化

永磁同步电机对转矩输出的平滑性有较高要求.内置式永磁同步电机受齿槽转矩、磁阻转矩脉动、电磁转矩脉动等因素影响,输出转矩脉动相对较大,增加了电磁噪声和输出的不稳定性.基于一台20 kW永磁同步电机建立有限元模型,验证模型的准确性.以电机最大输出转矩、最小转矩脉动、最小齿槽转矩为优化目标,对电机转子结构参数进行灵敏度分析,并综合NSGA-Ⅱ算法和单变量参数法进行分层优化.与单层优化相比,分层优化对易受变量影响的目标提升效果更好.声学仿真验证了优化后的转子结构对电磁噪声改善效果显著.     

齿轮无级变速传动及运动分析

齿轮无级变速传动的实现,改变了长期以来认为齿轮传动不能实现无级变速的现实,由于齿轮无级变速传动是啮合传动,传动效率高,传动可靠,过载时不打滑,传动比准确,调速方便、灵 活，输出转速可以为零，因此，可兼有离合器的作用。另外，齿轮无级变速传动属于空间机构，结构紧凑，可以设计成多种结构形式，制造工艺性较好。     

分数槽低速大转矩永磁同步电机设计

设计了一种30槽32极分数槽低速大转矩永磁同步电机(FS-PMSM),分数槽绕组采用上下左右四层绕线方法,突破了常规的单、双层绕组方法,通过有限元方法对电机电磁转矩进行分析,发现选择合适的槽电势偏移角不但可以增加一定的电磁转矩,而且可以有效减小转矩波动。在综合考虑电机转矩性能和气隙磁密正弦性的基础上,采用钕铁硼永磁与铁氧体永磁相结合的方法,对电机转子磁极结构进行优化,减少了钕铁硼永磁体的用量,降低了电机造价;对空载反电势进行谐波分析,优化后的磁极结构能减少反电势中的谐波含量。对电机进行二维动态仿真,结果表明方案设计合理,能够表现良好的性能,对此类电机设计与优化具有较高的参考价值。     

压电活齿传动输出转矩优化分析

随着科技的迅速发展,传统机械传动已无法满足工程实际需求,机电集成压电活齿传动是一种集压电驱动、活齿传动和谐波传动于一体的新型复合传动,该传动具有大传动比、低速、大转矩等优点,在航空航天、微型机器人、精密定位等高端技术领域具有及其重要的应用前景。在分析压电活齿传动系统工作原理的基础上,由压电材料的非线性输出特性和活齿传动静力学关系,推导出压电活齿传动系统各构件的受力方程。根据力和转矩的关系,得出传动系统输出转矩方程。运用机械优化设计理论和方法,分别确定输出转矩优化系统的设计变量、目标函数和设计约束,并建立压电活齿传动系统的输出转矩优化数学模型。通过数值算法给出传动系统输出转矩随激励电压和活齿架转角的变化规律,利用Matlab软件求解输出转矩优化结果,并对比优化前后参数的变化及转矩随参数的变化的规律。结果表明：传动系统输出转矩随激励电压成正比例变化,随活齿架转角以π/435为周期发生周期性变化;优化后传动系统的最大输出转矩为0.91 Nm,比初始设计转矩提高了111.63 %;设计变量中波发生器偏移量在优化前后的改变量最大。可见,输出转矩优化使得压电活齿传动系统的承载能力得以提升。研究结果为压电活齿传动系统结构的改进和性能提升奠定理论基础。     

基于ADAMS的驱动桥齿轮啮合动力学仿真研究

运用CATIA软件建立驱动桥主减速器和差速器齿轮传动系统的三维实体模型,基于ADAMS软件建立了主减速器和差速器齿轮传动的虚拟样机模型．将Hertz接触理论嵌入仿真模型,在齿轮之间施加接触力,实现了齿轮啮合的动态实时仿真．通过在主减速器主动齿轮施加转速驱动,差速器半轴齿轮施加不同的负载转矩,模拟了汽车在转弯工况下驱动桥主减速器和差速器的齿轮传动,得到了主减速器齿轮、差速器齿轮的转速以及啮合力曲线,为深入研究齿轮传动系统动态特性提供了理论参考依据．     

非圆齿轮研究现状及展望

非圆齿轮是一种能实现主、从动齿轮间的非匀速比传动的机构,相较于连杆、凸轮等机构以及自动控制技术具有经济成本低、结构紧凑、传动比精确、动力学特性好等优势.国内外已建立非圆齿轮传动的基本理论体系,为非圆齿轮的设计、制造和应用提供了基础.然而,非圆齿轮设计、制造难度较大,工艺不成熟,精度标准未制定,极大地限制了其发展.综合分析了国内外在非圆齿轮领域的研究现状,指出非圆齿轮设计系统、加工系统,非圆齿轮精度标准,以及动力学特性是非圆齿轮今后的重点研究方向.