随着新能源技术的发展,人类对大功率发电设备的需求越来越高,所以需要大传动比和高转矩密度的传动装置来保证发电机的稳定工作。本论文提出了一种磁阻-轮辐双调制式双级轴向磁性齿轮结构并对其进行研究。由于它是一种无接触式传动装置,可以克服传统机械齿轮箱的振动、噪声和维护成本高昂的缺点,而且在过载工作时可以通过打滑的方式来保护机械结构。这种双级轴向磁性齿轮还具备将低速转矩转化为高速转矩的能力,在高速作业时可以保证输出端机械强度,且拥有很高的转矩密度和较低的转矩波动,能够稳定地传输转矩。论文得到国家自然科学基金项目课题编号:51765020的资助支持。本研究的内容包括以下几个方面:简述了目前磁性齿轮的研究现状,着重分析单调制式轴向磁性齿轮的基本结构,发现这种轴向磁性齿轮比较适合用于对轴向长度有限制的工作场景。比较了几种永磁材料的属性,并进行材料的应用选择。通过对单调制式轴向磁性齿轮工作原理的分析,利用数学公式解析的方法,研究了调磁定子对磁性齿轮转矩的影响。使用有限元分析软件对单调制式轴向磁性齿轮的磁场进行了计算,对有无调磁定子的气隙磁密和谐波频谱图进行了比较和分析。为了提高转矩性能,提出了轮辐双调制式轴向磁性齿轮结构和磁阻式轴向磁性齿轮结构。分析了轮辐式轴向磁性齿轮的基本结构,该结构可以优化单调制式轴向磁性齿轮的输出转矩性能。针对其低速转子外部气隙处的漏磁问题提出了三种外调磁定子结构,通过静态转矩分析,选择连接型外调磁定子作为轮辐轴向磁性齿轮的双调制方式,还确定了外调磁定子的角度差和安装位置方案。同时对提出的磁阻结构做了磁场分布有限元计算和静态输出转矩分析,发现磁阻式轴向磁性齿轮结构在输出高速转矩时拥有很好的机械强度。为了解决单调制式轴向磁性齿轮随着传动比的增加转矩密度会随之减小的问题,提出双级轴向磁性齿轮结构。通过计算其传动比,规定了双级轴向磁性齿轮两级之间的设计规则。与相同传动比的单级轴向磁性齿轮在使用等量的永磁体安装时进行电磁性能对比时发现,双级的转矩密度更大,输出的转矩更加稳定,转矩波动更小。为了优化双级轴向磁性齿轮的性能,并结合上文提出的结构,设计了一种磁阻-轮辐双调试式双级轴向磁性齿轮。通过有限元仿真分析可知,相比双级轴向磁性齿轮其输出转矩峰值高3.3%,转矩波动幅值降低了24.6%。为了进一步优化磁阻-轮辐双调制式双级轴向磁性齿轮的电磁性能,使用响应面分析法对其进行优化设计。因为双级轴向磁性齿轮可以传递大传动比,为了提高转矩密度和输出转矩的稳定性,以输出转矩和转矩波动为优化目标,以三个转子上的永磁体厚度、调磁定子弧度和气隙厚度这五个因子为结构参数进行优化设计。最后通过有限元分析优化前后的模型,并进行对比分析得优化后得输出转矩峰值为8.83N·m,相比原始模型高了15.4%,优化后的转矩波动幅值为0.28,相比原始模型降低了3%。经过验证分析可得,磁阻-轮辐双调制式双级轴向磁性齿轮的优化结果满足优化目标。