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近十年，大家对把磁力齿轮跟电动机械放一块，弄出高扭矩密度和高功率因数的机器树立挺感酷爱酷爱。本色上，高扭矩密度场调制磁齿轮的现身，给齿轮集成机器的发展铺好了路。

这些齿轮时常是由一组铁磁磁极片组成的，它们插在两个齐心转子中间，而这两个转子的永磁体（PM）磁极数目不一样。内转子的极数少，跑得挺快，但扭矩小；外转子的极数多，扭矩大，但速率慢。

最早提倡来的齿轮集成机器拓扑构造是径向磁通旋转体系，这一体系要么把定子塞进高速转子里边，要么让定子成为系统的最外边那层。

盘问发现，这些系统不光能保握高功率因数，还能给出差未几是传统永磁电机两倍的转矩密度。电力牵引和风力涡轮机是鼓吹旋转齿轮集成机器盘问应用的主要方面。之后，高力、低速线性畅通的应用，让盘问东谈主员念念出了和上述旋转齿轮集成机器对应的线性办法。

近来，东谈主们换了个要领，念念更灵验地处理低速往复畅通应用里电机联想的穷苦。联想发电机时，先把原动机的低速直线畅通造成高速旋转，再用上高速旋转发电机。这系统虽说力密度挺高，可因为滑动部件奏凯机械宣战，摩擦力大，是以可靠性不咋行。

另外，机械宣战得随时作念好适合的润滑，还得如期去爱戴。是以呢，如若那种需要少爱戴、高可靠的应用，无宣战式力传输系统就更好些。

能把高力、低速的直线畅通造成低扭矩、高速旋转的磁性玩意儿叫跨旋转磁齿轮（TROMAG）。上头那图展示的即是 TROMAG 的不同模式。TROMAG 是由两个理念念的、齐心的圆柱形东西组成的：一个是能沿着中心轴往复动的平移器，另一个是能绕着吞并轴线转的转子。转子和译码器齐是用铁磁铁芯作念的，里面还衬着螺旋形交变永磁磁极。

虽说图里把里面那部分认定是转子，可按照看用的本色情况，机械组件能安排成让里面部分起到翻译器的作用。非论是哪种情况，转子或者译码器齐得比另一个部件长些，这样在译码器往复动的时候，两个部件就能竣事磁啮合了。

在本文里，短一些那部分的长度叫灵验长度，两部分长度的总体差值叫;。雷同的说法也会用在线性管状机器（LTM）上，在这机器里，定子或者译码器得比另一部分长些。

另外，TROMAG能产生的最大轴向力由尺寸以及所用材料决定，这和同步电机差未几，这个力叫拉拔力。每个灵验气隙面积（即是转子和译码器之间那阻塞的面积）的拉出力，被叫作念TROMAG的剪应力。

MITROMAG 的优化策画

MITROMAG是由TROMAG以及和TROMAG转子轴承接的旋鼎新械组成的。这样一来，这俩部件之间没啥几何方面的死心。不外呢，TROMAG齿轮比的采用，会决定旋鼎新械联想所要的扭矩和转速。时常来讲，MITROMAG的优化联想得把TROMAG和旋鼎新械部件一块儿联想才行。

TROMAG 的联想是为了达到给定的力和速率需求，联想得对就能竣事。选窄点的螺纹（磁极间距短些），会让齿轮比变大，这样一来，旋鼎新械的扭矩就小了，转速却高了，也即是说旋鼎新械能搞出较高功率密度的联想来。

如若 TROMAG 没饱胀齐心，转速大了可能会因为冲程（还有轴）太长，让转子振动起来。况兼，TROMAG 刚度不高，转速大了会让系统戒指不好办，相称是每次翻译器到畅通额外的时候，转子旋转标的还得反过来。

窄螺纹会让 TROMAG 的剪应力不高。尤其是大型系统气隙变大时，得有更长的磁极间距智商保证最好剪应力。况兼，螺纹窄就得装更多磁块，这就使得制造变复杂了，本钱也增多了。磁极间距一长，MITROMAG 旋鼎新械侧的齿轮比就更低，对扭矩的需求也就更大了。

另一个得同期联想两个部件的问题是动态性能，这和具体应用相干联。像“旋鼎新械”的 TROMAG 灵验齿轮比，可能和给定的额定齿轮比不一样。比如说，在海洋海潮能这类应用里，如若海潮能鼎新系统用无功戒指战略，那转子惯性矩对灵验齿轮比的影响可就大了。联想针对特定应用的东西时，这些身分得琢磨到。

电动机械注进大电流后，能暂时输出比额定功率高的功率。而TROMAG的力超不外由其磁性联想决定的拉力值，这个没法戒指。要公道相比的话，每种情况下，TROMAG的拉出力齐比LTM的额定拉出力多25%。这样一来，TROMAG就能在比额定力大25%的情况下干活，还不会打滑。

旋鼎新器咋树立最好，大体上得看咋用和要达到啥优化策画。咱这儿选 V 型里面永磁机（IPM）当旋鼎新械，要念念在额定职责那点上让转矩和收场齐可以，MITROMAG 的转子就得是名义装置那种结构，或者得是埋入式永磁转子的结构。

不外得注视，按照 MITROMAG 联想的本色哄骗情况来看，名义贴装的缔造或者埋入式永磁转子的安排（像槽形的或者永磁赞成同步磁阻的那种），也许会比 V 形 IPM 更好些。

MITROMAG 的联想得依照给定的额定力与速率的要求来。联想的速率全定成 1 米/秒。把从 1.25 到 125kN 的各式拉拔力齐琢磨进去了（每个拉拔力比相应 LTM 的额定拉拔力多 25%），这些拉拔力跟 1 - 100kW 的功率相对应。另外，绕组的最高温度不成逾越 180°C 。

在这项盘问里，要搞一般联想，就弄了 1 米/秒的匀速和几个恒定力值。另外，还把转子速率定成了 3000r/min。这样一来，在各式情况下，TROMAG 的齿轮比就固定是 100π了，TROMAG 和旋鼎新械的联想相互不搭边。是以，TROMAG 和旋鼎新械得分开联想，这样能让优化问题没那么复杂。

P越小，齿轮比就越大。是以呢，这儿就只琢磨南北极 TROMAG 了。那要竣事 100π的齿轮比，非论啥情况，齐得给给定的力，把磁极间距是 10 毫米的南北极 TROMAG 给优化联想好。

TROMAG 的联想变量有磁体厚度、磁体流毒、转子内半径、转子外半径、分割比（定子外半径跟转子外半径的比）、定子铁芯厚度、齿宽、槽口开度、槽尖高度、槽楔高度，还有导体电流密度。设定转子长度和定子叠片长度一样。

在一个功率品级的各式联想里，电桥宽度是固定不变的。1kW的电桥厚0.5mm，10kW的电桥厚1mm，这儿说的10kW的电桥厚度可不是前边说的0.5mm，而是1mm哦。

按照所选转子的最大外径来说，100 千瓦的要弄成 2.5 毫米，这样能让电桥在职责速率时结构齐备，也把安全统统琢磨进去了。另外，为了不闪开关频率太高，最大供电频率定在 300Hz 。如若最高速率是 3000r/min ，那 IPM 的最大极数就不成逾越 12 。

MITROMAG 的联想过程

如若转子和译码器的磁铁用的材料一样，那它们就得一样厚。要不，薄点儿的磁铁可能就会失磁了。

如若磁体的笼罩率是一样的，即是说磁网把磁极间距全给盖住了，那对给定的气隙长度和磁体厚度来讲，会有个能让剪应力达到最大的最好磁极间距。好比说，气隙是 1 毫米、厚度是 5 毫米、Br 等于 1.1 以及μ0 等于 1.05 的钕铁硼磁体，最好的磁极间距是 10 毫米，剪应力是 230kN/m2 。

本色中磁体厚度与气隙长度的数值下，能让剪应力达到最大的最好磁极间距一般在 10 毫米傍边。是以，这儿整个的 TROMAG 齐选了这个数值。

磁体厚度变厚，剪应力就会变大，可磁体厚度增多时，这增多的幅度会猛降。气隙长度变长，剪应力就会变小。如若气隙长度增多了还念念让剪应力不变，那磁体厚度和磁极间距齐得按比例往大了调。

如若给定了磁极间距、磁体厚度还有气隙长度，那会有个最好磁体笼罩率，能让单元磁体体积的磁力达到最大。好比说，磁极间距是 10 毫米的时候，单元磁体体积的最大磁力是 40MN/m3，这在磁体厚度是 2 毫米、笼罩率为 65%的时候就能作念到。因为稀土磁铁对 TROMAG 本钱的影响挺大，是以这是优化的一个要道方位。

如若不看冲程的话，气隙半径跟灵验气隙区域长度的单个数值对本钱和分量没啥影响；可如若琢磨冲程了，那半径小点的长部件在材料破钞上就更好些，尤其是冲程跟 TROMAG 的灵验长度一比显得长的时候。

外半径跟总长度会被特定应用的空间给死心住。就算没空间死心，也不成用那种半径小还超长的转子，这种转子容易跑偏，然后就有反抗衡的径向力了。在盘问的 TROMAG 里，假设外边那部分是平移器，它的长度比转子的冲程量要大。转子的长度和半径比定成了 12 。

在各样联想情形中，磁体的厚度与笼罩领域会有所编削，这样就能算出材料的总分量与本钱了。TROMAG 轴向力的诡计哄骗了精确的分析模子，这模子是从场方程推出来的，跟二维有限元分析（FEA）的一致性挺可以。

接下来要构建 IPM 几何构造，用来作念磁场有限元分析。念念大致诡计技艺的话，得施加周期性或者反周期性范围要求，这样只分析机器的一部分磁极就行。知谈了电流密度（当作每个个体的特质），还有上一步的导体填充情况，就能算出相电流了。

所选的转子树立挺高出的，是以最大扭矩的位置由 d 轴和 q 轴电感 Ld 与 Lq ，还有 PM 磁通聚合λM 决定。这样的话，开动给定相电流下的磁静力有限元分析，就能获取 Ld、Lq 和λM 了。另外，相电流是沿着 d 轴负标的注入的，这样能获取 PM 里的磁通密度永别，保证不会出现退磁的情况。

要获取平均转矩，还得顾及转矩纹波，让转子在 24 个瓜分的模样里转 180 度。每一步齐得作念静态二维磁场有限元分析，算出每单元叠层长度的扭矩。铁损，像磁滞损耗、常见涡流损耗以及过量涡流损耗，也用“铁损模子”给算出来了。

LTM 的优化策画

线性永磁机械力密度高、收场高，动态特质也好，是以在伺服驱动器、航空致动器、交通运载、波能鼎新系统等各样应用中，它被手脚是很有竞争力的。在这儿，跟它访佛的管状结构永磁直线机器被当作基准，原因是这机器跟 TROMAG 结构差未几。

在这种结构里，不存在端部绕组，这少量是相较于平面结构的一个所长。这儿哄骗的 LTM 优化联想办法和旋转式 IPM 差未几，即是通过热和磁有限元分析，去评估 GA 生成的每一个单独联想。

如若念念和旋转式机器作念个公道对比，就假设 LTM 定子铁芯上的气流速率跟旋转式 IPM 一样，然后作念差未几的热分析。然则呢，咱会看到，把收场算进本钱里的话，电流密度主要会被系统收场本钱制约，而不是被温度死心所管理。

LTM 的联想死心跟 MITROMAG 一样：联想速率齐定成 1 米/秒，功率级别在 1 千瓦到 100 千瓦之间。绕组最高温度限在 180°C。机器的半径和长度没死心。上边的图展示了 LTM 还有它的几何联想变量。由于机器是管状结构，是以只琢磨了每相每极一个槽的全距绕组。

和旋转 IPM 差未几，评估每个单体，头一步是造出它的插槽几何模式，再把插槽填满，这样能获取导体填充统统。接着进行热有限元分析，算出槽和磁芯间的热阻。知谈了单个元件的电流密度以及导体填充统统，就能算出一个磁极的铜损耗了。

低速畅通的话，铁损耗基本毋庸管；是以，算绕组热门温度以及保证稳当绝缘热死心时，光琢磨铜损耗就行。接下来，在轴对称磁场有限元分析里，把机器一个磁极的几何体式给整出来，再用上相电流和反周期范围要求。

接着，平移器挪一个槽的间距，算出一个磁极产生的平均作使劲。另外，把磁通密度矢量索要出来，用它来算铁损。晓得平均力后，就能明晰达到所需磁力得要些许磁极总额了。临了，把铁、铜和磁铁的分量跟本钱算出来。算总本钱的时候，会把 5 年的损耗琢磨进去。

盘问抽象

本文讲了，在高力、低速再电蚀的应用上，把 TROMAG 和旋转永磁机整合在一齐的机电能量鼎新系统，在分量、体积还有材料本钱这些方面，比传统的奏凯驱动直线永磁机强太多了。

如若把电力本钱跟收场磋议起来看体育游戏app平台，如若 TROMAG 的机械损耗能保管在相比合理的低水准，那 MITROMAG 的本钱效益照样会比 LTM 高得多。