磁力齿轮是一种通过磁场耦合作用传递运动和转矩的传动装置,能够实现无接触式传动,具有无摩擦、隔振降噪、无需润滑和过载保护等优点。为了提高磁力齿轮传递转矩的能力,将Halbach永磁阵列引入到磁力齿轮中,利用Halbach阵列的单边聚磁特性增强磁力齿轮工作气隙的磁场强度,使其广泛应用于低转速高转矩的工作环境。因此,Halbach型磁力齿轮的研究不仅有很高的学术价值,而且对工程应用也有重大意义。本文主要围绕以下几个方面对Halbach型磁力齿轮进行研究:(1)对Halbach型磁力齿轮的电磁转矩和损耗进行理论分析计算。首先介绍了Halbach型磁力齿轮的基本结构及其三种工作方式,并对磁力齿轮各结构参数进行了定义;然后通过矢量磁位法与各区域边界条件得到Halbach永磁阵列气隙中的磁场分布,再利用解析法分析了调磁极片的调制作用,并利用Matlab软件计算出磁力齿轮内、外气隙径向磁密分布及内、外转子转矩;最后分析磁力齿轮稳定运行时各部件产生的损耗并推导出损耗的理论公式。(2)通过Ansoft有限元软件分别研究各部件尺寸参数的变化对Halbach型磁力齿轮传动性能的影响。首先根据磁力齿轮的实际工况建立有限元模型,通过控制变量的方法依次改变内、外气隙厚度、调磁极片参数、内、外转子中永磁体厚度和永磁体磁极对数,得到各结构参数变化对磁力齿轮输出转矩及转矩密度的影响,在此基础上综合选取合适的结构参数,得到当内、外气隙厚度均为1mm,调磁极片径向厚度为4mm,开槽率为0.6,内、外转子永磁体厚度均为8mm,内转子永磁体磁极对为7对极,外转子永磁体磁极对数为15对极时,磁力齿轮不仅具有较高的输出转矩和转矩密度,而且永磁体的利用率也较高。(3)对Halbach型磁力齿轮的静态磁场分布、气隙磁密、矩角特性、传动性能、损耗及效率分析。利用Ansoft有限元软件对Halbach型磁力齿轮静态气隙磁场的分布进行模拟分析,得到内、外气隙磁密的波形和气隙磁密中各谐波的分量;对磁力齿轮的矩角特性进行分析,获得矩角特性的变化曲线及内、外转子静态转矩的最大值;分析空载、突变负载、线性加载和过载情况下,磁力齿轮输入、输出转矩和转速的变化,得到当负载变化时,输入、输出转速不变,转矩随负载的增加而增加;通过对磁力齿轮各部件的损耗特性分析,并研究不同输入转速对各部件损耗的影响,得到磁力齿轮的损耗主要产生在调磁极片和外转子永磁体上,且随着输入转速的增加,各部件的损耗也随之增加;最后,研究了损耗存在时,输入转速和负载转矩对传动效率的影响,得到传动效率随负载转矩的增大而增大,随输入转速的增加略微减小。(4)对Halbach型磁力齿轮的温升特性进行研究。分析了磁力齿轮热源和传热方式,得到磁力齿轮的损耗是导致其产生温升的主要原因,各部件通过热传导、热对流和热辐射三种方式进行热量传递;利用ANSYS有限元软件模拟分析了磁力齿轮整体和各部件的温度分布,并研究了输入转速变化对各部件温度的影响,得到调磁极片和外转子永磁体上的温度较高,内转子上温度相对较低,且随着输入转速的增加,各部件的温度也相应增加。