磁力齿轮是通过磁场耦合作用来实现无接触式传递的一种传动装置,它具有磁力传动的优点,如无需润滑、无噪声、自动过载保护等,还能有效地缩减装置的尺寸和重量,以及提高结构的稳定性。此外,调磁极片的引入,又大大提高了磁力齿轮的转矩密度和传递效率,使得磁力齿轮的应用范围更为广泛,应用价值更高。本文主要对磁力齿轮的如下几个方面进行研究:(1)首先介绍磁力齿轮的结构特点,通过解析法阐述了磁力齿轮中调磁极片的磁场调制原理,介绍磁力齿轮的三种运行方式,及其传动比的计算公式;引入磁力齿轮的矩角特性的概念,并针对内、外转子及其调磁极片的矩角特性进行受力分析;此外,以瓦片形永磁体转子为模型,分析其气隙磁场的解析公式,并利用Matlab软件计算得到了永磁转子气隙磁场的磁感应强度沿径向、切向与轴向三个方向的分量大小。(2)利用Maxwell 2D对磁力齿轮的磁场调制原理进行有限元仿真,分别对内、外转子单独励磁时,有、无调磁极片的两种情况下内、外气隙磁场进行分析;由于气隙磁场强度直接关系到磁力齿轮的传动性能,通过Ansoft 3D软件建立磁力齿轮模型,并针对永磁转子磁场的磁感应强度和引入调磁极片后磁场的磁感应强度,以及永磁转子的气隙磁场和永磁转子经过调磁极片调制后的气隙磁场进行有限元分析。最后,通过分析同一参数下磁力齿轮的二维和三维有限元模型来说明端部效应对转矩的影响,及其产生的原因。(3)基于磁力齿轮的三种运动方式,推导双转子转动下的转矩计算公式,利用Maxwell 2D对三种运动方式下的磁力齿轮的传动性能进行仿真分析,探究在不考虑损耗的情况下,随着负载的增大,其转速和转矩的变化规律;此外,在考虑损耗时,针对调磁极片固定下的磁力齿轮,研究输入转速和负载的变化对磁力齿轮的转速、转矩以及效率的影响。(4)研制一台内、外转子极对数分别为7和15,调磁极片极块数为22的圆筒形高性能磁力齿轮样机,利用三维静态气隙磁场测量的实验平台,对高性能磁力齿轮静态下的内、外转子气隙磁场的径向、切向与轴向分量的三维空间分布及其调制后气隙磁场的径向、切向和轴向的三维分布图进行分析;此外,利用高性能磁力齿轮的双转子转动时的传动性能实验装置对此样机进行了双转子转动性能的实验研究,分析调磁极片固定下磁力齿轮的空载损耗,以及分别改变转速和负载时,其转速、转矩以及效率的变化关系。