正弦充磁磁齿轮及其在风力发电机上的应用分析

摘要

齿轮传动一直是风力发电结构中的重要环节，由于机械齿轮间的摩擦损耗、机械疲劳等缺点，齿轮箱已成为了风力发电机运行中的突出问题。近年来，随着永磁材料磁能积的提高，磁齿轮在无机械接触下传递转矩，其凭借无摩擦损耗、低噪音、高可靠等优势也越来越为人们所重视。本文主要研究了磁场调制式同心磁齿轮，通过正弦充磁方式等优化磁齿轮转矩密度，并将其与永磁同步发电机结合应用于风力发电系统中。
　　本文首先从解析和有限元角度介绍了磁场调制式同心磁齿轮的工作原理。借助Ansoft软件对磁齿轮静态模型进行有限元分析，计算了内、外气隙磁通密度，获得了气隙磁密中各主要谐波次数，验证了磁场调制式磁齿轮的谐波匹配关系。在磁齿轮工作情况下，计算了内、外转子的静态转矩和稳态转矩。对现有磁齿轮传动比、转子永磁体和铁心轭部厚度等参数进行了优化比较，得到了最优尺寸。
　　现有磁场调制式同心磁齿轮转矩密度依然较低，本文改变传统径向充磁方式，通过正弦充磁方式优化永磁体提升磁齿轮转矩。分别分析了混合充磁和正弦充磁下磁齿轮的气隙磁密谐波和转矩变化。检验了两种充磁方式下气隙磁密谐波匹配程度，计算了静态转矩特性和稳态运行转矩。并在正弦充磁下对磁齿轮外轭部及径向充磁占比进行了优化，得到的输出转矩提升验证了正弦充磁对磁齿轮的优化作用。
　　根据磁齿轮特殊结构，选择了外转子分数槽电机作为磁齿轮内电机。对磁齿轮转速、极槽匹配结构和极弧系数进行了分析选择。将正弦充磁下磁齿轮结构与10极12槽永磁同步电机相结合，进行了空载运行分析。计算了磁齿轮风力发电机的空载反电动势和稳态运行转矩。

目录

声明

选题的依据与意义

国内外文献综述

1 绪论

1.1 磁齿轮研究现状

1.2 风力发电机研究现状

1.3 本文研究内容

2 磁场调制式同心磁齿轮分析及参数优化

2.1 磁齿轮工作原理

2.2 磁齿轮有限元静态分析

2.3 磁齿轮转矩特性分析

2.4 磁齿轮参数优化

本章小结

3 含正弦充磁永磁体磁齿轮有限元分析

3.1 Halbach永磁体阵列分析

3.2 内外转子混合充磁磁齿轮分析

3.3 正弦充磁磁齿轮有限元分析及比较

3.4 正弦充磁下磁齿轮优化

本章小结

4 正弦充磁下磁齿轮风力发电机分析

4.1 电机结构

4.2 参数选择

4.3 混合充磁下磁齿轮风力发电机分析

4.4 正弦充磁磁齿轮风力发电机分析

本章小结

5 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 对未来的展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著