1.1目的及意义

目前电动车的主流减速器采用的是圆柱齿轮作为传动机构，普通齿轮研究磁性齿轮减速器。传统齿轮减速器尽管有着能量传动效率高，结构简单的优点，但是由于这种传动方法是依靠机械连接，会在工作中产生磨损和噪音，需要添加润滑油来进行润滑，在维修保养方面存在这一些不足^[5]。更为重要的是，随着电机技术的不断提升，电机的输出转速会越来越高。当今主流乘用车电机转速在15000转左右，在未来会达到30000转甚至更高。这会导致传统齿轮减速器的设计不足以来适应如此之高的转速^[20]。倘如要改进传统齿轮的话，会使得减速器齿轮制造精度进一步提升，制造成本大大增加，并且还不能满足设计要求。本次毕业设计的目的是对磁性齿轮进行研究，研究其基本构造，仿真原理和改进空间，以磁性齿轮为研究核心来设计研究一款新型的高速减速器，研究磁性齿轮在未来高速传动的应用。这样就可以让电动汽车的减速器满足新型电机的高转速，提高工作可靠性，推动电动汽车动力总成的进一步提升、发展。

研究基于磁场运行的磁性齿轮传动的意义在于，与传统机械齿轮的传动方式相比，磁性齿轮是一种无机械接触的传动方式，因此它是具有过载保护的功能，可以使电机始终处于安全的工作环境之下。它可以克服机械齿轮传动中一些不可避免的诸如摩擦损耗、振动、噪音、润滑等问题^[2]。磁性齿轮可以通过串联，制作成多级减速器，来解决单体磁性齿轮传动比较小的问题，并且磁性齿轮的转矩密度可以媲美传统的机械齿轮，其体积可以做到和传统机械齿轮相等甚至更小。最为关键的意义还是在于磁性齿轮可以运用在高速传动方面，这相对于传统齿轮有着质的飞跃，可以达到传统机械齿轮无法达到的转速，可以作为减速器的第一级减速来进行实际的应用。本次毕业设计也是为今后研究生所在课题组进行项目预研，通过大量搜集磁性传动的资料，研究学习相关建模和仿真分析方法，努力将磁性传动研究透彻，弄清其传动的原理和优化的具体措施，剖析出未来对其更加深入研究的可行性。本次毕业设计所研究的磁性齿轮是当今的一项较为前沿的技术，对电动车的发展有着非常大的推动作用，具有深远的意义。

2.2国内外研究现状分析

电动车磁性减速器的核心是磁性齿轮。目前国内外关于磁性齿轮的主流形式是同轴式磁性齿轮。在最初研究磁性齿轮时，国外学者提出很多具有创新意义的见解，但总体思维依旧定向于传统机械齿轮的结构上，对于磁性齿轮的结构设计基本为仿照传统机械齿轮^[1]。 2001 年，英国学者 K.Atallah 和 D. Howe 提出了一种磁场调制式磁性齿轮^[14]，首次将磁场调制式原理运用其中，运用调磁环对永磁体产生的磁场进行调制，永磁体采用了高性能的钕铁硼材料，在能量传递过程中所有的永磁体均参与转矩传递，从而大大提高了永磁体的利用率^[7]。到了2004年，英国学者 D.Howe 设计了一种与传统磁性齿轮结构不同的同心式永磁齿轮。它是依靠内部磁场调制来实现转矩传递的。这种新型的磁场调制式的同心结构完全不同于传统机械齿轮的拓扑结构，它对内部各个永磁体都具有较高的利用率，这样就大幅地提高了永磁齿轮的转矩密度与其最大转矩，这种方案便是目前磁性齿轮传动的雏形。2014 年， Mu Chen和 K.T. Chau 教授提出了一种可调速比的新型磁性齿轮^[18]，使磁性齿轮传动更加灵活、可变。与此同时，法国 Henri Poincar大学的 Thierry Lubin基于磁场解析法，香港理工大学的 Fu. W.N. 教授、香港大学的 K. T. Chau 教授基于有限元法对该新型磁齿轮进行了详尽细致的分析与研究，从理论上验证了该新型磁齿轮的运行原理，并研究了其设计与优化，进一步提升了磁性齿轮的传动性能。近年来稀土永磁材料的发展十分迅速，出现了第三代稀土永磁即钕-铁-硼 (Nd-Fe-B)永磁材料，最大磁能积 (BH)max^[6]已可达 350 kJ/ m3左右。与钐钴合金不同，NdFeB 不用昂贵和稀缺的金属钴，而且铷在稀土中含量比钐丰富 5～10 倍，它的高磁能为一系列技术创新开辟了道路，在国内有很多学者建议使用这种材料。目前国内外学者已经研究出了具有更高转矩密度，更高最大转矩的磁性齿轮。这样的齿轮传动运用在电动车的减速汽车中会使电动车的性能有一个质的提升。