同轴磁齿轮的传动特性及其多目标优化方法研究

陆鹏程; 程习康; 周孟德; 丛雪峰; 陈乘风; 刘巍

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同轴磁齿轮的传动特性及其多目标优化方法研究

更新时间：2026-04-08

- 同轴磁齿轮的传动特性及其多目标优化方法研究
- Research on transmission characteristics and multi-objective optimization method of coaxial magnetic gears
- 机械传动 2026年页码：1-14
- 作者机构：
  
  大连理工大学机械工程学院，大连 116024
- 作者简介：
  
  陆鹏程，男，2000年生，广西南宁人，硕士；主要研究方向为磁齿轮传动及永磁联轴器结构设计；19954139146@163.com。
  周孟德（通信作者），男，1987年生，辽宁大连人，博士，副研究员；主要研究方向为磁力减隔振传动与振动抑制技术；mengde@dlut.edu.cn.。
- 基金信息：
  
  国家资助博士后研究人员计划(GZC20230357);国家自然科学基金项目(52305095;52475550;52125504);博士后基金项目(2024T170089;2024M750311);辽宁省科技计划联合计划(2023011596-JH3/4500;2023JH2/101800026);大连市科技人才创新支持计划(2023RQ099)
- DOI：
  中图分类号： TH132.41
- 收稿：2025-11-08，
  
  网络首发：2026-04-08，
- 稿件说明：
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陆鹏程，程习康，周孟德，等.同轴磁齿轮的传动特性及其多目标优化方法研究［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-14.

LU Pengcheng，CHENG Xikang，ZHOU Mengde，et al.Research on transmission characteristics and multi-objective optimization method of coaxial magnetic gears［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-14.
陆鹏程，程习康，周孟德，等.同轴磁齿轮的传动特性及其多目标优化方法研究［J］.机械传动，XXXX，XX（XX）：1-14. DOI：

LU Pengcheng，CHENG Xikang，ZHOU Mengde，et al.Research on transmission characteristics and multi-objective optimization method of coaxial magnetic gears［J］.Journal of Mechanical Transmission，XXXX，XX（XX）：1-14. DOI：

摘要

目的

针对同轴磁齿轮（Coaxial Magnetic Gear

CMG）设计中存在结构复杂、建模精度不足及传动性能不佳的问题，提出一种基于传动特性的建模及多目标优化方法，旨在为CMG的研制、优化提供思路。

方法

首先，利用子区域法对CMG的磁场进行计算，对比二维仿真验证气隙磁场的解析解；其次，采用理论计算、有限元仿真及试验法研究其转矩-角度特性，根据三维仿真分析端部漏磁效应，并在多工况下得到转速-效率关系曲线；最后，采用非支配排序遗传算法Ⅱ（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm Ⅱ

NSGA-Ⅱ）对CMG进行优化，得到传动性能更优的结构参数。

结果

结果表明，理论计算转矩值与二维仿真转矩值一致性极高；试验转矩值与三维仿真转矩值更为吻合，且两者相比理论计算转矩值和二维仿真转矩值明显减小，该差异源于永磁体的端部效应；在最终参数下，CMG性能明显提升，达到了优化效果。

Abstract

Objective

To address the challenges of complex structure

insufficient modeling accuracy

and suboptimal transmission performance in coaxial magnetic gear (CMG) design

a transmission-characteristic-based modeling and multi-objective optimization method was proposed to provide insights for CMG development and optimization.

Methods

Firstly

the magnetic field of the CMG was computed using the subregion method

with the analytical solution for the air gap magnetic field verified through two-dimensional simulation. Secondly

theoretical calculation

finite element simulation

and test method were employed to investigate its torque-angle characteristics. End leakage magnetic effects were analyzed based on 3D simulations

and speed-efficiency relation curves were obtained under multiple operating conditions. Finally

the CMG was optimized using the non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ (NSGA-Ⅱ) to derive structural parameters with superior transmission performance.

Results

The theoretical calculation torque values show extremely high consistency with the 2D simulation torque values

while the test torque values align even more closely with the 3D simulation torque values. Compared to the theoretical calculation and 2D simulation torque values

both test and 3D simulation torque values are significantly reduced. This discrepancy stem from the end effects of the permanent magnets. The CMG demonstrates a marked improvement in performance under the final parameters

achieving the optimization objective.

关键词

Keywords

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