永磁体助磁式磁力齿轮振动特性分析与应力优化

上官璇峰; 王鑫; 解雨; 王旗

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.002

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永磁体助磁式磁力齿轮振动特性分析与应力优化

磁传动专题 | 更新时间：2026-01-23

- 永磁体助磁式磁力齿轮振动特性分析与应力优化
- Vibration characteristic analysis and stress optimization of the permanent magnet assisted magnetic gear
- 机械传动 2026年50卷第1期页码：9-18
- 作者机构：
  
  河南理工大学电气工程与自动化学院，焦作 454003
- 作者简介：
  
  上官璇峰，男，1965年生，河南渑池人，博士研究生，教授；主要研究方向为电机设计及其控制；sgxf@hpu.edu.cn。
  王鑫（通信作者），男，1998年生，河南新乡人，硕士研究生；主要研究方向为电机电器及其控制；2281115982@qq.com。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(52177039)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.002
  中图分类号： TH132.4
- 收稿：2024-11-06，
  
  修回：2025-03-19，
  
  纸质出版：2026-01-15
- 稿件说明：
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上官璇峰，王鑫，解雨，等. 永磁体助磁式磁力齿轮振动特性分析与应力优化［J］. 机械传动，2026，50（1）：9-18.

SHANGGUAN Xuanfeng，WANG Xin，XIE Yu，et al. Vibration characteristic analysis and stress optimization of the permanent magnet assisted magnetic gear［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（1）：9-18.
上官璇峰，王鑫，解雨，等. 永磁体助磁式磁力齿轮振动特性分析与应力优化［J］. 机械传动，2026，50（1）：9-18. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.002.

SHANGGUAN Xuanfeng，WANG Xin，XIE Yu，et al. Vibration characteristic analysis and stress optimization of the permanent magnet assisted magnetic gear［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（1）：9-18. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.002.

摘要

目的

针对永磁体助磁式磁力齿轮运行时存在的不平衡磁拉力和高速转子结构强度低的问题，开展了相关研究。

方法

首先，利用相位调谐法研究不同传动比对不平衡磁拉力的影响；其次，针对磁力齿轮高速永磁转子的结构特点，采用等效质量圆环法求解转子强度的解析解；最后，以降低最大应力和确保一定的输出转矩为优化目标，对隔磁桥与磁障的相关参数进行多目标优化。

结果

分析结果表明，导磁块数与低速转子极对数的最大公因数

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时的传动比可有效降低不平衡磁拉力；利用等效质量圆环法得到的最大应力的解析解与有限元仿真结果的相对误差小于等于1%，验证了解析方法的准确性；经优化设计，转子的最大应力显著下降。

Abstract

Objective

Aiming at the problems of unbalanced magnetic pull (UMP) and low structural strength of high-speed rotor in the operation of permanent magnet assisted magnetic gear

relevant research was conducted.

Methods

Firstly

the phase tuning method was used to study the influence of different transmission ratios on the UMP. Then

according to the structural characteristics for the high-speed permanent magnet rotor of the magnetic gear

the analytical solution of the rotor strength was obtained by using the equivalent mass ring method. Finally

taking reducing the maximum stress and ensuring a certain output torque as the optimization objectives

the multi-objective optimization was performed on the relevant parameters of the magnetic isolation bridge and magnetic barrier.

Results

The analysis results indicate that a transmission ratio where the maximum common divisor of the number of magnetic blocks and the number of poles of the low-speed rotor

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can effectively decrease UMP. The relative error between the analytical solution of the maximum stress obtained from the equivalent mass ring method and the result of finite element simulation is less than or equal to 1%

validating the accuracy of the analytical method. Through the optimized design

the maximum stress on the rotor is significantly reduced.

关键词

Keywords

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