Calculation of magnetic field categorization of double ring-plate magnetic gears and the effect of ring-plate spacing on performance

YU Jiaqi; LIU Dongning; SUN Feng; ZHAO Fang; ZHAO Chuan; ZHAO Haining; XU Fangchao; LI Siqi

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.010

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Calculation of magnetic field categorization of double ring-plate magnetic gears and the effect of ring-plate spacing on performance

Special Topic of Magnetic Transmission | 更新时间：2026-01-23

- Calculation of magnetic field categorization of double ring-plate magnetic gears and the effect of ring-plate spacing on performance
  增强出版
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 50, Issue 1, Pages: 77-86(2026)
- 作者机构：
  
  沈阳工业大学机械工程学院，沈阳 110870
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.010
  CLC： TH132
- Received：06 January 2025，
  
  Published：15 January 2026
- 稿件说明：
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于家琦，刘东宁，孙凤，等. 双环磁力齿轮磁场归类计算及环板间距影响分析［J］. 机械传动，2026，50（1）：77-86.

YU Jiaqi，LIU Dongning，SUN Feng，et al. Calculation of magnetic field categorization of double ring-plate magnetic gears and the effect of ring-plate spacing on performance［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（1）：77-86.
于家琦，刘东宁，孙凤，等. 双环磁力齿轮磁场归类计算及环板间距影响分析［J］. 机械传动，2026，50（1）：77-86. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.010.

YU Jiaqi，LIU Dongning，SUN Feng，et al. Calculation of magnetic field categorization of double ring-plate magnetic gears and the effect of ring-plate spacing on performance［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（1）：77-86. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.010.

摘要

目的

为准确高效地分析多轴双环磁力齿轮（Multishaft Double Ring-Plate Magnetic Gears

MDRMGs）的磁力与动力学特性，改善摆线式磁力齿轮（Cycloidal Permanent Magnetic Gear

CPMG）转臂轴承工况并延长使用寿命，将磁力齿轮与机械式环板齿轮相结合，设计了一种多轴双环磁力齿轮传动结构。

方法

提出一种磁场单元归类法，进而建立了高效且计及端部漏磁效应的气隙磁场及静态转矩数理模型；同时，基于Riccati传递矩阵法，建立了MDRMG偏心轴转子系统动力学模型。

结果

将磁场单元归类法与有限元法进行对比，发现二者所得的磁密度及磁力结果高度一致，但磁场单元归类法的计算耗时更短；分析还发现，环板间距的变化会影响磁场单元的归类计算及动力学模型中的集总参数，使得MDRMG的静态磁力转矩随环板间距的增加而增加，偏心轴的临界转速随环板间距的增加而减小。磁场单元归类法能够高效且准确地分析MDRMG的气隙磁场及转矩特性；同时，环板间距对MDRMGs的磁场和动力学性能有一定影响。

Abstract

Objective

To accurately and efficiently analyze the magnetic and dynamic characteristics of multishaft double ring-plate magnetic gears (MDRMGs)

improve the working conditions of CPMG arm bearings

and extend their service life

a multishaft double-ring magnetic gear transmission structure was designed by combining magnetic gears with mechanical ring-plate gears.

Methods

A magnetic field unit classification method was proposed

and then a mathematical model for air-gap magnetic field and static torque was established

which was efficient and took the end leakage magnetic effect into account. Meanwhile

based on the Riccati transfer matrix method

a dynamic model of the eccentric shaft rotor system of MDRMG was constructed.

Results

A comparison between the magnetic field unit classification method and the finite element method shows that the results of magnetic flux density and magnetic force obtained by the two methods are highly consistent

but the calculation time of the magnetic field unit classification method is shorter. The analysis also reveals that changes in the ring-plate spacing affect the classification calculation of magnetic field units and the lumped parameters in the dynamic model

the static magnetic torque of MDRMG increases with the increase of ring-plate spacing

while the critical speed of the eccentric shaft decreases as the ring-plate spacing increases. The magnetic field unit classification method can efficiently and accurately analyze the air-gap magnetic field and torque characteristics of MDRMG. In addition

the ring-plate spacing has a certain impact on the magnetic field and dynamic performance of MDRMGs.

关键词

Keywords

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