新型径向驱动式啮合电机结构设计与仿真.docVIP

摘要 英文摘要 目录 绪论（本人论文，吴坤论文、徐强、邹佳芳论文等参照） 研究意义 研究背景 本文主要研究内容 设计了一种新型的滑块式平动啮合电机 建立新型径向驱动式啮合的等效磁路模型 采用有限元方法分析电机的性能 新型径向驱动式啮合电机结构设计 2.1引言 2.2 磁极结构设计 图2-1 是两种三相平动式分布磁极结构，主要特点是三个定子结构上各自独立，上面都安装独立绕组；三个定子共同驱动一个转子平动，但它们之间没有磁场耦合。 图2-1 三相式磁极提高了空间利用率，避免了负功磁路和耦合问题的发生，并且比4相磁极具有更大的输出功率，是因为在其运行过程中至少有1/3的磁极参与做功具有。从图 中的有限元分析结果可以看出当两个磁极同时上电工作时，磁路并没有出现磁路耦合现象。三相式磁极在本文中将不做重点分析， 图2-2 2.3 平动约束机构 平动式啮合电机的机械结构主要包含平动约束机构、传动机构和齿轮齿廓的设计三个部分，其中的平动约束机构与传动机构两者之间是相互关联，在结构设计上要同时考虑。平动式啮合电机的基本设计原则是尽可能的采用结构简单，稳定可靠和机械损耗小，并且较容易加工装配的机构。 本文提出了一种基于滑块式约束的三相滑块式约束机构，如图2-3所示。 （a）磁极结构 （b）平动约束机构 图2-3三相十字滑块是平动约束机构 图2-3中左边为磁极的定、转子，右边是平动约束机构的简化模型，其中的转子与右边平动机构固连在一起，形成了对转子的平动约束，使转子只能平动而不能转动。 2.4 啮合齿廓设计 平动式啮合电机的传动方式类似于少齿差行星轮减速机构；因此，在齿形选取上可以采用几种在少齿差内啮合减速机构中常用的齿形结构：摆线齿廓、改进型摆线齿廓和渐开线齿廓。 摆线齿轮在作为内啮合传动时，理论上齿形可以无限小，并不会发生干涉现象[79-81]。由于平动式啮合电机的转子公转半径受气隙限制，齿轮对基圆半径差越小越好，因此早期的平动式啮合电机采用的是摆线齿廓，如图2-9所 (a)摆线外齿轮 (b)外齿轮齿廓 (c)内齿轮齿廓 图2-9摆线齿廓曲线 一个齿的齿廓同时包含外摆线和内摆线，并且由半径为r0的滚圆直接生成，其一齿的摆线方程如下： 外齿轮外摆线齿廓段ab弧的参数方程为： (2-30) 外齿轮内摆线齿廓段bc弧的参数方程为： (2-31) 内齿轮外摆线齿廓段AB弧的参数方程为： (2-32) 内齿轮内摆线齿廓段BC弧的参数方程为： (2-33) 其中Rb为内齿轮基圆半径；rb为外齿轮基圆半径；r0为滚圆半径。该种齿形符合连续啮合的规律，同时啮合对数多，传力大；当齿形较小时，单个齿对分担的正压力小，且由于最大速度差为2ωr0，因此齿形越小，摩擦损失越小，效率越高。 下图为本文设计的摆线内齿圈和外齿轮，齿数分别是55齿和54齿， （a）55齿内齿圈 （b）54齿外齿轮 图 齿轮模型 2.5 实体模型建立 （a）内部装配图 （b）整体结构 图 三相十字滑块式平动电机实体模型 （a）平动机构 （b）定子与固定架 新型径向驱动式啮合电机磁路分析 3.1 引言 3.2 等效磁路建模原理(可参照徐强或者我的论文，学校CNKI上课有哪些信誉好的足球投注网站到) 电机磁场分析中所用到的路方法，是借助于集中参数的电路理论，将磁通等效为电路中的电流，而将磁势等效为电路中的电压，并采用电路中电导的概念定义磁路中的磁导。以集中参数的电路理论方法导出的设计公式能以清晰的物理概念体现设计变量与结果之间的联系，便于设计人员调整设计方案[22]。但由于电机磁场的实际磁路结构、边界、材料等方面的复杂性和非线性给精确解析带来困难。在模型建立中，进行过多的简化和假设，会使计算结果在实际使用中存有较大误差。因此，传统的路方法多用于磁阻电机的初步设计和估算[23]。 由于平动电机在不同转子位置时的磁场分布不同，且转子相对定子偏心，因此取整个电机场域进行剖分求解。同时由于求解区域有电流源存在，本文采用矢量磁位分析方法。考虑到平动电机的一些特点，如电机的轴向长度远比气隙大；定子绕组是集中绕组，端部较短；定、转子铁心都是叠片结构，端部效应小。为了简化分析，可作如下假设： 电机内磁场沿轴向均匀分布，电流密度矢量J和矢量磁位只有轴向分量，即，； 硅钢片材料各向同性，其磁化曲线是单值的，即不计磁滞效应； 电机转子外表面的磁场很弱，可以略去不计，认为磁场仅局限于电机内部，定子内圈表面和转子外圈表面视为零矢量位面。 根据以上假设，可将平动电机内部的磁场分析简化为二维平面场分析问题，矢量磁位满足二维范围内的似泊松方程，硅钢片型号为DW540-