磁力齿轮能使风力涡轮机说再见机械齿轮箱

最简单的轴向磁齿轮箱包括各含有交替的正和负的磁铁，其间有调制器的磁盘两个磁盘。低速磁盘，或低速转子，包含比该高速转子更快速地交替的磁性图案的几何形状。因此，存在对低速转子比在高速转子更极对。变速比是在两个转子和它们产生的气隙磁通对的数目的函数。

当在兆瓦级风力发电机组的机械式变速箱被过分强调糟糕的事情可能发生。意外阵风可以驱动涡轮叶片辛苦，这么辛苦，在变速箱的扭矩他们连接到超过设计参数。其结果是：多例变速箱必须分离，并与建筑起重机维修放倒。整个操作是昂贵的，使风力发电机没工作几天或几周。

难怪，那么，风力涡轮机制造商有兴趣，而无需机械变速箱风能捕获的方法。解决办法之一，现在得到了很多关注的是磁传动装置。有两个磁齿轮转子之间没有物理连接。通过输入和输出转子磁铁产生的磁通之间的调制相互作用它们的运动耦合。如果对输入的转矩超过最大设计水平，没有断齿或者其它机械问题。磁性齿轮打滑简单。此外，它看起来好像磁性变速箱可以是大约相同的尺寸的机械变速箱具有相同的等级，但将是轻。

反式旋转磁齿轮设计的方式类似的机械滚珠丝杠磁性版本操作，通过使用包含在这样的螺纹的螺旋图案定向磁体的轴的线性运动转换为旋转运动，反之亦然。这两个转子和翻译通常是由那些林立的交替排列的螺旋图案磁极铁磁铁芯。

一个磁性齿轮研究的温床是得克萨斯州A与M大学的高级电机和电力电子实验室学院站。有哈米德A. Toliyat指导教授上的一组不同类型的磁性齿轮和执行机构的工作。风力涡轮机制造商维斯塔斯，丹麦，一直是实验室的支持者之一。现在，海军研究办公室和能源系赞助了在波浪能和船舶推进磁铁传动和驱动的项目。

轴向齿轮，齿轮的径向和反式旋转齿轮：Toliyat的研究小组已经对磁性齿轮设计的三种基本配置工作。轴的设计在结构十分相似，一个离合器组件或煎饼电机。它们由各自含有交替的正和负的磁铁，其间有调制器的磁盘两个磁盘。低速磁盘，或低速转子，包含比该高速转子更快速地交替的磁性图案的几何形状。因而有在低速转子比在高速转子更极对。变速比是在两个转子和它们产生的气隙磁通对的数目的函数。传递的转矩的量为在两个磁盘之间的交链磁通的函数，并且由它们的磁体的大小的影响。所以作为磁区的大小变得越来越小 – 在更极对灌输或减小转子的直径时为 – 有收益递减为径向磁通泄漏变得更加有问题的一个点。

径向磁齿轮具有类似于一个同步电动机的结构。一个典型的拓扑结构使用与低速外转子高速内转子同心。两个转子由一个通常由电钢筋定子分离。与轴向磁齿轮，定子线棒调制的输入和输出转子的永久磁铁之间的通量。

轴向磁齿轮可能是最具挑战性的基本拓扑结构，研究人员说，在Toliyat的组。“有可能是在巨大的轴承轴向力所以有很多问题，”解释得克萨斯州A＆M博士 学生马特·约翰逊和萨瓦什Pakdelian。他们还表示，轴向设计是更严厉的比其他的配置来分析，因为精确的分析需要一个完整的三维模型，而其他的拓扑结构可以用于分析使用对称简化。并作为当前构造，轴向设计将是制造比使用径向或反式旋转构磁性齿轮更加困难。

制造业的考虑的原因之一，为什么行业似乎已经在建设径向磁齿轮设计比轴向设计更最初的兴趣。径向磁齿轮具有类似于一个同步电动机的结构。一个典型的拓扑结构使用与低速外转子高速内转子同心。两个转子由一个通常由电钢筋定子分离。与轴向磁齿轮，定子线棒调制的输入和输出转子的永久磁铁之间的通量。

径向和来自得克萨斯州A＆M高级电机和电力电子实验室轴向磁场变速箱原型。径向齿轮的外径为60毫米，具有16 Nm的扭矩评级。轴向齿轮的外径为100毫米，它的额定扭矩为38牛顿米。从外部用户的角度来看有根本两个轴，其中一个具有高速和低转矩和其它旋转具有低转速高转矩的旋转。两个齿轮被设计为是双向的。

它还看起来好像反式旋转设计是一个很有前途的技术。这些操作的方式类似的机械滚珠丝杠磁性的版本中，通过使用含在这样的螺纹的螺旋图案定向磁体的轴的线性运动转换为旋转运动，反之亦然。有顺，反旋转设计，可以提供同时齿轮行动。在实际应用中它可以在一个转换器（螺杆轴）的低速，高力直线运动转换为转子（滚珠丝杠螺母）的低转矩，高速旋转。这两个转子和翻译通常是由那些林立的交替排列的螺旋图案磁极铁磁铁芯。在转子和翻译两个磁性螺旋具有相同的间距。齿轮比是转子角速度向翻译线性速度，这是由极数和每螺旋磁体排列间距影响的比率。为了提高变速比，设计者减少极数，使磁铁窄。极数是类似于开始的在机械螺纹杆的数量，和极对数的乘积和它们的宽度是类似于一个机械丝杠系统的引线。

在得克萨斯州A＆M高级电机和电力电子实验室开发的一种跨磁旋转齿轮箱样机。译者的长度是4。同时转子36中。长和3.3中。在直径。的装置中，被称为TroMag，示出部分组装。当完成时，磁体将覆盖整个转子。磁铁还驻留在翻译的内部。由于转子转动时，滑翻译。该TroMag可以从线性或旋转侧（它是双向的）来驱动。

Toliyat的研究小组已经试制三个齿轮结构，具有跨版本的旋转作为很多规模最大。“应用程序，从波浪获取能量会从反式旋转设计中获益，说：”得克萨斯州A＆M的Pakdelian。“为了捕捉往复运动在低速和高力，你的选择是液压系统 – 这是效率低和高维护 – 或者，更可能的是，直接驱动线性电机。这些是笨重，昂贵和沉重。我们可以证明，反式旋转磁使用的原材料比直接驱动线性电机要少得多。“

Pakdelian说，该组织已建成使用磁铁约8毫米宽，10毫米间距的反式旋转原型。使用这个音调配置他们的原型可以转换为1米/秒的线速度，以3000rpm的旋转速度。“如果你想以较低的音调，你有更多的磁铁粘贴。这使得在实验室设置制造比较困难，但它应是少的问题，如果它们被组装在生产线上，“Pakdelian说。

同样可以说，对于径向磁齿轮。“没有理由为什么它会是任何更具挑战性的建造这些建筑比传统变速箱，一旦你的流程下来，”这两个解释。目前，得克萨斯州A＆M组从研究磁齿轮拓扑解决制造磁性齿轮和提高性能的实际问题取得进展。

虽然他们的样机已全部在subkilowatt范围内，得克萨斯州A＆M大学的研究人员认为，径向磁齿轮设计生产的版本已在兆瓦级风力发电机组的工作没有什么大的制造问题的潜力，不过，“这只是一个理论在这一点上，“约翰逊说。