磁性齒輪通過(guò)磁力傳遞應(yīng)力，不會(huì)像機(jī)械齒輪那樣因零件之間的接觸而產(chǎn)生噪音，也不會(huì)因磨損而造成損失。主要用于電機(jī)中以實(shí)現(xiàn)高扭矩密度。

本文介紹了 CST EM STUDIO (CST EMS) 的仿真示例，并解釋了此類磁轉(zhuǎn)矩的分析過(guò)程和有用功能。齒輪實(shí)際上是兩個(gè)同步機(jī)器。通過(guò)執(zhí)行瞬態(tài)分析，您可以省去確定運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)子的負(fù)載角的麻煩。

移動(dòng)網(wǎng)格功能對(duì)于這種模擬很有用。規(guī)則網(wǎng)格需要在每個(gè)時(shí)間步重新生成，但此功能不需要。此外，CST EMS瞬態(tài)分析可以求解每個(gè)時(shí)間步的運(yùn)動(dòng)方程并計(jì)算啟動(dòng)特性。

使用 CST EMS 創(chuàng)建的簡(jiǎn)單磁齒輪模型如圖 1 所示。該模型由一個(gè)內(nèi)轉(zhuǎn)子和一個(gè)外轉(zhuǎn)子組成，多個(gè)永磁體放置在轉(zhuǎn)子表面。這些極數(shù)決定了傳動(dòng)比。此型號(hào)為 1.5。磁極的N極和S極交替并徑向向外磁化。轉(zhuǎn)子和定子是非線性材料。

CST EMS 可以對(duì) 3D 模型執(zhí)行 2D 模擬。只需指定二維橫截面即可執(zhí)行計(jì)算。在這個(gè)例子中，這種方法產(chǎn)生的結(jié)果也比 3D 模擬要少得多。

圖 1：CST EMS 磁齒輪模型

可以通過(guò)多次重復(fù)靜磁場(chǎng)模擬來(lái)完成分析，但需要時(shí)間來(lái)確定兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的負(fù)載角。即使假設(shè)層壓減少了渦流的產(chǎn)生，低頻瞬態(tài)求解器也有助于分析。

使用低頻瞬態(tài)求解器的運(yùn)動(dòng)分析定義了平移或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)間隙。間隙定義可以通過(guò)三種方式完成：恒定速度、角位置與時(shí)間曲線以及動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)方程。此分析示例使用所有方法來(lái)定義旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)間隙。

圖 2 顯示了三個(gè)差距定義。加速度曲線與外轉(zhuǎn)子相關(guān)聯(lián)。兩個(gè)轉(zhuǎn)子之間的耦合橋處于零速（恒速 = 0RPM）代表靜止。自由旋轉(zhuǎn)的內(nèi)轉(zhuǎn)子通過(guò)運(yùn)動(dòng)方程定義間隙。該方程在每個(gè)時(shí)間步求解。這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的參數(shù)也如圖2所示。

圖 2：三個(gè)旋轉(zhuǎn)間隙定義：（從頂部）角位置與時(shí)間、恒定速度、動(dòng)態(tài)方程

低頻瞬態(tài)求解器運(yùn)動(dòng)分析準(zhǔn)確性的關(guān)鍵是移動(dòng)網(wǎng)格功能。顧名思義，此功能消除了在每個(gè)時(shí)間步重新網(wǎng)格化旋轉(zhuǎn)間隙的需要。這可以減少對(duì)結(jié)果產(chǎn)生不利影響的數(shù)值噪聲，例如齒槽轉(zhuǎn)矩。移動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)如圖 3 所示。

圖 3：用于磁齒輪仿真的移動(dòng)網(wǎng)格（多種應(yīng)用）

由于上面的旋轉(zhuǎn)間隙定義，模型表現(xiàn)如下：外轉(zhuǎn)子加速度產(chǎn)生的扭矩通過(guò)定子橋傳遞到內(nèi)轉(zhuǎn)子。由于慣性、阻力等原因，內(nèi)轉(zhuǎn)子啟動(dòng)并試圖與外轉(zhuǎn)子同步。

由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩被定義為速度的線性函數(shù)，因此在高速時(shí)超過(guò)了允許的轉(zhuǎn)矩范圍。結(jié)果是由于驅(qū)動(dòng)扭矩在零附近的振蕩變化而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子同步丟失和轉(zhuǎn)子完全停止。

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