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风叶与双馈式发电机通过高速齿轮箱连接组成的风力发电系统是目前最主流的方式,但其高速齿轮箱存在故障率较高、震动及噪音较大等缺点,使用传统永磁齿轮代替机械齿轮虽然具有无接触传动及过载保护等优势,但高速齿轮箱的传动比在100～120之间、转矩密度在200 k N?m/m~3以上,因此传统永磁齿轮难以满足风电齿轮箱的传动要求及转矩密度大小。为解决以上问题,本文基于两级串联摆线磁齿轮提出大极差双摆线永磁齿轮(Large Poles Differential Double Cycloidal Magnetic Gear,LPD-DCMG)用于风电装备,通过增大两级摆线齿轮的之间的极差,既可较为容易地满足风电齿轮箱传动比要求,又可较大范围地提升转矩密度,LPD-DCM是为替代机械齿轮用于风力发电系统的一种新思路。本文以LPD-DCMG为研究对象,对应用于风电系统当中的具体设计方案及性能展开研究,主要研究的具体内容如下:(1)详细说明LPD-DCMG通过两级存在的极差实现差动原理,并给出极差与传动比数学关系式;另外,提出一种新的永磁体安装结构——凸极永磁体Halbach充磁结构,解决表贴式安装结构在大转矩传动中永磁体易脱落问题,而且仅需在水平充磁永磁体上加工通孔并安装螺钉固定,磁力线畸变小,并通过分析其静态磁场验证了合理性。(2)从理论角度分析LPD-DCMG的电磁转矩,首先建立内层转子永磁体等效电流密度模型及基于摄动法求解的气隙磁场强模型,将求得模型带入带电粒子在磁场中受力的微分方程中建立电磁转矩与自转角度模型,并通过解析法与ANSYS有限元软件对比计算结果,验证转矩距模型准确性。(3)通过对偏心距、轭铁厚度等参数优化后,在ANSYS中建立平行充磁LPD-DCMG参数化模型,可得到永磁体不同磁极对数与厚度组合下的转矩密度等值线,提出在平行充磁中通过改变极差优化转矩密度的具体操作方法,快速选取两级最优参数,并通过暂态分析验证其启动及稳定状态损耗及转矩特性。(4)除考虑偏心距、轭铁厚度外,还对凸极永磁的形状优化后,在ANSYS建立Halbach充磁LPD-DCMG参数化模型,使用三维有限元分析可考虑螺钉对整体磁路的影响,可得到其转矩密度等值线,依据等值线选取两级最优参数并验证运行性能。