一种大功率风电磁齿轮箱的中高速级磁齿轮优化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种大功率风电磁齿轮箱的中高速级磁齿轮优化设计方法，属风电领域。该中高速级磁齿轮均包括内外转子磁齿轮和调磁环；选内转子半径R

【技术实现步骤摘要】
一种大功率风电磁齿轮箱的中高速级磁齿轮优化设计方法


[0001]本专利技术涉及一种风电齿轮箱优化设计方法，特别涉及一种大功率风电磁齿轮箱的中高速级磁齿轮优化设计方法，属于风力发电


技术介绍

[0002]风电齿轮箱作为双馈型风力发电机组和半直驱型风力发电机组的关键部件之一，在风电系统功率传输过程中扮演着重要角色。但现有齿轮箱采用机械齿轮啮合，需要复杂的注油润滑系统，体积大、笨重、成本高、噪声大、故障率高，需要定期维护；一旦发生故障，则维修费用高昂、停机时间长，带来巨大经济损失。
[0003]磁齿轮作为一种新型传动方式，因无机械接触，所以具有无磨损、免维护、无噪声、无需润滑、能够过载保护等优势，近年来得到越来越多的重视和应用。磁齿轮箱具有物理隔离的特性，无需润滑，体积小、重量轻、能耗低，传输转矩大，从而可大大降低大型风电机组，尤其是双馈型风力发电机组的运行维护成本，提高系统运行性能和可靠性。
[0004]磁齿轮优化设计是一类具有复杂约束的非线性规划问题，需要在同时满足各种条件下，得到使磁齿轮各项性能指标都达到最优的设计方案本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大功率风电磁齿轮箱的中高速级磁齿轮优化设计方法，所述大功率风电磁齿轮箱包括低速级磁齿轮、中速级磁齿轮、高速级磁齿轮；所述中高速级磁齿轮是所述中速级磁齿轮、所述高速级磁齿轮的合称，两者均包括：外转子磁齿轮、内转子磁齿轮、调磁环；所述外转子磁齿轮包括外转子永磁体及外转子铁芯，所述外转子永磁体粘贴在所述外转子铁芯的内侧；所述内转子磁齿轮包括内转子永磁体及内转子铁芯，所述内转子永磁体粘贴在所述内转子铁芯外侧；所述调磁环包括调磁铁块；其特征在于：采用如下步骤：步骤1，选取所述中速级磁齿轮的输出转矩脉动T
rip2
和转矩密度D2以及所述高速级磁齿轮的输出转矩脉动T
rip3
和转矩密度D3作为优化目标；确定所述中速级磁齿轮的待优化的设计变量为：所述中速级磁齿轮的内转子磁齿轮的外半径R
in22
及其永磁体的厚度h
in2
、所述中速级磁齿轮的外转子磁齿轮永磁体的厚度h
o2
和所述中速级磁齿轮的调磁铁块的厚度h
s2
；确定所述高速级磁齿轮的待优化的设计变量为：所述高速级磁齿轮的内转子磁齿轮外半径R
in23
及其永磁体的厚度h
in3
、所述高速级磁齿轮的外转子磁齿轮永磁体的厚度h
o3
和所述高速级磁齿轮的调磁铁块的厚度h
s3
；所述输出转矩脉动T
ripi
按下式计算：式中，T
imax
、T
imin
分别为所述中高速级磁齿轮输出转矩T
i
的最大值与最小值，其中下标i＝2,3；i＝2表示所述中速级磁齿轮，i＝3表示所述高速级磁齿轮，下同；所述转矩密度D
i
按下式计算：式中，R
o2i
为所述中高速级磁齿轮外转子磁齿轮的外半径；L
efi
为所述中高速级磁齿轮的轴向长度；步骤2，基于响应曲面实验分别建立所述优化目标与所述中速级磁齿轮设计变量R
in22
、h
in2
、h
o2
、h
s2
以及所述高速级磁齿轮设计变量R
in23
、h
in3
、h
o3
、h
s3
的二次回归模型，并根据判定系数对所述二次回归模型的拟合精度进行检验；步骤3，确定所述中速级磁齿轮以及所述高速级磁齿轮的各个待优化的设计变量的约束条件，并将所述中速级磁齿轮以及所述高速级磁齿轮的优化问题转化为单目标非线性规划问题，该问题的数学表达式为：maxJ2＝max[w
12
ζ
12
X
12
(x2)+w
22
ζ
22
X
22
(x2)]约束条件：maxJ3＝max[w
13
ζ
13
X
13
(x3)+w
23
ζ
23
X
23
(x3)]
约束条件：式中，J2、J3分别为所述中速级磁齿轮、所述高速级磁齿轮的综合性能函数；X
12
(x2)、X
22
(x2)为所述中速级磁齿轮的目标函数，分别表示所述中速级磁齿轮的输出转矩脉动T
rip2
的倒数、转矩密度D2的预测值；x2为由所述中速级磁齿轮的各设计变量组成的设计向量，即：x2＝[x
12
,x
22
,x
32
,x
42
]＝[R
in22
,h
in2
,h
o2
,h
s2
]；X
13
(x3)、X
23
(x3)为所述高速级磁齿轮的目标函数，分别表示所述高速级磁齿轮的输出转矩脉动T
rip3
的倒数、转矩密度D3的预测值，x3为由所述高速级磁齿轮的各设计变量组成的设计向量，即：x3＝[x
13
,x
23
,x
33
,x
43
]＝[R
in23
,h
in3
,h
o3
,h
s3
]；w
12
、w
22
、w
13
、w
23
为所述优化目标的权重系数，ζ
12
、ζ
22
、ζ
13
、ζ
23
为所述优化目标的尺度系数；T
20
、T
30
分别表示所述中速级磁齿轮、所述高速级磁齿轮输出转矩的目标值；为分别表示所述中速级磁齿轮、所述高速级磁齿轮的转矩限制系数；R
in22u
、R
in22l
、R
in23u
、R
in23l
分别表示所述中速级磁齿轮、所述高速级磁齿轮内转子磁齿轮外半径的上限与下限；h
in2u
、h
in2l
、h
in3u
、h
in3l
分别表示所述中速级磁齿轮、所述高速级磁齿轮内转子磁齿轮永磁体厚度的上限与下限；h
o2u
、h
o2l<...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦清海，蔡彬，褚晓广，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：