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用于海洋能发电的磁性齿轮设计与性能分析

陈洁琳  
【摘要】:近年来,随着传统化石能源的不断被消耗,开发与利用可再生能源已经成为当今社会发展的迫切需要。海洋能作为一种清洁的可再生能源,利用其发电可以减少对环境的污染。本文主要研究用于海洋能发电的磁性齿轮,这是一种利用磁场的耦合来传递转矩(或推力)以及转速(或速度)的新型传动装置,本文将通过理论分析和软件仿真对磁性齿轮装置进行设计与优化。第一,从解析法角度出发,根据磁性齿轮三个不同组件之间相对运动的不同得到这一结构运行的四种方式,并分析其各自对应的传动比;介绍磁性齿轮二维有限元计算方法,基于这些理论基础在ANSOFT MAXWELL平台下建立旋转磁性齿轮模型并对其进行剖分。第二,采用ANSOFT对旋转磁性齿轮进行建模,对比有无调磁环两种不同结构,采用傅里叶分析方法研究内外气隙的磁场分布情况,以此方式着重研究调磁环调磁铁心对于磁场调制的作用,使用静态场与瞬态场两种计算方式对这一结构磁性齿轮的静态转矩特性进行分析,分析采用瞬态场计算这一静态特性结果是否具有可信性。第三,在旋转式结构的基础之上,将其类比至直线式结构,参考旋转式结构的理论基础以及参数变化对静态特性的影响趋势,相应对直线式结构参数中调磁环铁心高度及径向厚度、内外永磁体的厚度以及气隙宽度等参数进行计算分析,依据高低速动子的最大静态推力、损耗以及经济效益等指标确定出最优的设计方案,其中包括永磁体的尺寸、内外铁心尺寸、调磁环尺寸、内外气隙等。最后,给出完整设计方案,并对其相关特性进行分析,指出本文研究中存在的不足以及后续需要继续展开工作的方向。


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