0 引言

机械齿轮是应用最广泛的一种传动机构，它依靠轮齿齿廓直接接触传递转速和转矩。虽然机械齿轮具有传动比精确、传动效率高、传动平稳等优点[1]，但也存在以下缺陷：轮齿间为刚性啮合，运转时产生冲击、振动及噪声；高速运行时轮齿间的润滑油油膜会因温度升高而破坏，使齿面间产生胶合[2]。

永磁齿轮是一种依靠磁场间相互耦合传递能量的装置。当主动轮转动时，在磁场力作用下，带动从动轮随之转动，以实现无接触式能量传递，避免了上述机械齿轮的刚性冲击与振动，而且还不会发生齿面胶合及断齿等不可逆破坏。

有肺部疾病病史的患者罹患腹部疾病，须手术治疗时，其手术危险性及术后并发症明显高于普通患者，其中肺部感染尤为突出。一旦术后肺部感染，轻者易导致支气管阻塞、肺不张等严重并发症，重者可因痰液淤塞喉部而引发窒息，导致生命危险。我科对肺部疾病择期上腹部手术患者进行强化呼吸运动训练取得了较好效果，现报道如下。

同心式永磁齿轮(Concentric permanent magnetic gear， CPMG)是近年来提出的新型传动机构，因其转矩密度高且具有过载保护特性而受到广泛关注。文献[3]通过理论分析得出CPMG磁极对数与传动比关系，其设计出的模型转矩密度可高达100 kN·m/m3；文献[4]通过电磁场理论分析了CPMG的运行原理，并经样机实验分析了其转矩特性；文献[5]通过场路结合方法分析了CPMG的气隙磁场；文献[6]运用有限元分析软件，详细分析了各结构参数与输出转矩的变化规律，并对其机械结构及电磁参数等进行了综合优化。

在城市建设及发展过程中，水资源被过度开发，国内多个地区城市水生生态环境逐渐恶化，阻碍了城市的可持续发展，同时对市民生活质量也有一定的影响作用。城市再生水综合利用是解决当前城市发展与水资源短缺的有效方法。再生水一般是污水处理厂对废弃水进行一系列处理，促使经由处理后的水资源符合相关标准，再生水处理流程如图1所示。再生水资源来自城市污水，没有被去除的污染物成分较为复杂，其可能发生的相互影响并不明确，对此类水源进行利用期间，面临一定的生态风险，为此，有必要对再生水水质生态风险进行评价，而生物毒性监测便是主要项目之一。

CPMG的机械结构如图1所示，由高速圈、调磁环圈以及低速圈3部分组成。其中，高速圈由内磁圈永磁体和内轭铁组成；低速圈由内磁圈永磁体和外轭铁组成；调磁环由导磁材料与非导磁材料交替排列组成。

基于CPMG及永磁行星齿轮的运行机理，对其机械结构进行了创新设计，提出了一种基于功率分流的同心式行星轮系永磁齿轮(Concentric permanent magnetic planetary Gear， CPMPG)，该结构采用双转子输入、单转子输出，可在较小的尺寸空间内实现较大功率及传动比输出。

首先对单个CPMG传动比进行理论分析与计算；然后基于上述计算方法对所提出的CPMPG进行整体传动比分析与计算；最后利用有限元方法对CPMPG的气隙磁场进行仿真、傅里叶变换以及静态低速圈所传递的转矩，并对所设计的结构进行联合仿真，验证了理论计算的正确性。

1 CPMG的传动比计算

上述文献所述的CPMG的传动比较小，一般仅为5左右，所传递的功率也有限，限制了CPMG在大传动比及大功率领域中的应用。

术前讨论麻醉方案，考虑致敏原可能为诱导过程中输液、抗生素及麻醉药物。拟本次麻醉实施诱导前不予滴抗生素，静脉输注乳酸林格液，诱导用药简化，选择过敏反应发生率低的依托咪酯替代丙泊酚和顺式阿曲库铵，完善相关监测，密切关注患者的生命体征。

  

图1 CPMG原理图

设低速圈为主动转子，其磁极对数为pl；高速圈磁为从动转子，其磁极对数为ph；调磁环的磁极块数为ns；则CPMG运行原理为：低速圈永磁体pl(主动转子)产生的基波磁场经过调磁环ns调制作用后，与从动转子永磁体磁极对数ph相同，二者在气隙处相互耦合形成切向磁场力与转矩，从而带动从动转子以一定传动比高速旋转。

由文献[7]知，如图1所示的某一圈永磁体经调磁环调制后在另一圈永磁体处所产生气隙磁密的谐波极对数为

pm，k=|mp+knS|

m=1，3，5，…

图3为低速圈永磁体产生的基波磁场经调磁环调制后的气隙磁场；图4为其对应的傅里叶变换。

k=0，±1，±3，±5，…

(1)

则气隙磁场的旋转速度为

 

(2)

式中，ωa为内磁圈或外磁圈转速；ωs为调磁环转速；ωm，k为转速为ωa的磁圈所经调磁环调制后的磁场转速；p为内磁圈或外磁圈永磁体磁极对数。

由式(2)可知，当k≠0时，调磁极块的个数对经过调制后的气隙磁场转速起决定作用。因此要实现一定的传动比，另一圈的永磁磁极对数必须等于经调磁环调制后所产生的谐波极对数。

本次采用宫腔松解术置入人羊膜包裹球囊联合人工周期治疗临床疗效较好，患者术后3月宫腔平均长度为(7.66±0.72)cm左右，显著高于术前和常规置入节育器治疗患者，宫腔恢复正常长度和形态。同时，采用宫腔松解术置入人羊膜包裹球囊联合人工周期治疗的患者术后3月月经状况均有改善，月经量和周期基本恢复正常，无重度宫腔粘连患者，总有效率高达94.12%，证实宫腔松解术置入人羊膜包裹球囊联合人工周期治疗可有效促进宫腔粘连患者子宫内膜基底重建，避免宫腔二次粘连，月经周期和月经量等情况恢复正常，有利于改善患者生活质量[19-20]。

当m=1、k=-1时，所形成的同步谐波最大；此时另一圈永磁体极对数为ns-p；若设高速圈和调磁环为主动轮，则传动比为

 

(3)

式中，ωh为高速圈旋转速度；ωs为调磁环旋转速度；ωl为低速圈旋转速度。

当调磁环固定(即ωs=0)时，由式(2)可知，CPMG的传动比为

其中erfc-1是互补误差函数的反函数，假设给出发现概率Pd=0.9，虚警率Pfa=10-7，得到Dc(1)=21.001，由式（4）～（6）得到计算得到数据通道的和导频通道的非相干增增益。计算结果见表2，考虑到数据通道的信噪比比导频通道高3 dB，由表2可知用数据通道进行捕获的发现概率在该实验条件下应该更高，符合实验结果。

 

(4)

通过比较式(3)和式(5)的系数，且令

 

(5)

气隙磁场是分析永磁传动机构传动性能的关键。本节以第一级CPMPG为例进行磁场分析。

 

(6)

2 CPMPG传动比计算

在上述CPMG的基础上提出一种新型磁齿轮传动机构——CPMPG，其传动机构原理如图2所示。

  

图2 CPMPG传动原理

图2中，功率由输入轴分别传递给磁极对数为ph1和ph2的两个高速圈，经过磁力耦合将功率分别传递给极块数分别为ns1和ns2的调磁环；其中，第一级调磁环ns1与第二级行星齿轮的调磁环ns2相连，使功率流在第二级实现合流，并将合流后的功率传递给高速圈ph2。

调查历代碑志文献及历代字书材料，我们发现“冈”既是“罔”的俗字，作为构件时，又是“岡”的俗写。以“罔”“岡”为构件的字常出现同形相混现象，结果造成其俗讹字的对应关系异常复杂，难以准确分辨。因此，我们有必要彻底理清“罔”和“岡”演变过程，搞清楚同形字“冈”或构件“冈”形成的原因及时间，总结其演变规律，以便为相关俗字辨析、汉字发展史研究和文献整理提供切实参考。

根据文献[8]，机械行星齿轮传动比的Willis传动比为

kω1+(1-k)ω2-ω3=0

(7)

当低速圈固定(即ωl=0)时，CPMG的传动比为

 

(8)

则

镇长松了一口气，回到办公室。刚在转椅上坐下，准备松第二口气时，县里赵书记来了电话，镇长的神经立刻绷紧了。

 

(9)

由式(7)～式(9)可以看出，CPMPG的传动比计算同样适合Willis等式。基于上述理论，CPMPG代替机械行星齿轮是可行的。

将式(3)和式(7)联合求解，可得CPMPG第一级及第二级传动比Gr1及Gr2分别为

 

(10)

式中，ωh1为第一级高速圈转速；ωs1为第一级调磁环转速；ns1为第一级调磁环个数；ph1为第一级高速圈永磁体磁极对数；ωh2为第二级高速圈转速；ωl2为第二级低速圈转速；ωs2为第二级调磁环转速；pl2为第二级低速圈永磁体磁极对数；ph2为第二级高速圈永磁体磁极对数。

告诉孩子，如果对方的语言、行为让你不满，一定要明确大声地表达出来自己的反对，如果觉得紧张或者害怕不能说清楚，就直接大声哭出来。让孩子了解，哭也好，喊也好，在这个时候都不是丢人的事情，而是正确的行为。

3 CPMPG模型参数设计

传动比确定后，如图2所示的CPMPG高速圈磁极对数、低速圈磁极对数以及调磁环的个数将决定磁齿轮的转矩波动，而这些波动主要取决于永磁体和调磁极块之间的齿槽转矩。而齿槽转矩是周期性变化的，其周期主要取决于

图2所示机构既可减小系统总体积，也可增大系统的总传动比。

幼儿园要强化宣传教育，努力提升保育员的职务认同感，给予其必要的重视，同时要推进保育员和带班教师形成合力，共同设计一日活动。在幼儿入园后制定良好的“问好”设计，引导其讲礼貌；在晨间活动时间安排多样化的活动；对幼儿的盥洗和如厕给予必要的指导，悉心照顾，培养其养成良好的卫生习惯和如厕习惯；午睡时让幼儿养成合理的睡姿，引导其叠被子等。

 

(11)

式中，NP为齿槽转矩周期数；GCD为最大公约数。

式(11)中，NP越大，齿槽转矩越小，因此GCD应尽可能小。

表1为本文中所采用的结构参数，其中，第一级和第二级的最大公约数均为1，为理论最小值。

 

表1 永磁齿轮结构参数

  

级数第一级第二级高速圈永磁体磁极对数ph44调磁环极块数ns2927低速圈永磁体极对数pl2523内轭铁内径Ryin1/mm3030高速圈永磁体内径Rpin1/mm8686高速圈永磁体外径Rpin2/mm9898调磁环内径Rm1/mm9999调磁环外径Rm2/mm109109低速圈永磁体内径Rpout1/mm110110低速圈永磁体外径Rpout2/mm120120外轭铁外径Ryout2/mm130130轴向长度l/mm130130磁化强度M/(A/m)-875 000真空磁导率μ04π×10-7相对磁导率μr1.099 7

表1中永磁体材料为NdFe35，充磁方向为径向平行充磁。

4 CPMPG有限元分析

4.1 气隙磁场分析

当高速圈固定(即ωh=0)时，CPMG的传动比为

其中：和分别是语言变量Rij和对应的三角模糊数，当Rij≻时，Fij表示Rij相对于获得的收益，Rij越优，获得的收益越大；当Rij时，Fij表示Rij相对于产生的损失，Rij越劣，产生的损失越大；当时，Fij表示Rij相对于既无获得收益也无产生损失。

  

图3 内气隙磁密

由图3可知，低速圈永磁体产生的基波磁场经过调磁环调制后产生了4对波峰与波谷，数值上与高速圈磁极对数相匹配，且每对波形仍有其它多次谐波的叠加，大致可分为25对，与低速圈磁极对数相等。

目前律师调解存在的问题很大程度在于各方利益诉求的不一致，这需要建立正向引导和激励机制，平衡各方利益，实现多方共赢。

  

图4 内气隙磁密快速傅里叶变换

图4为气隙磁场经傅里叶变换后所得结果。令式(5)中的m=1、k=-1，即可得到图中m1所对应的值，且与第一小节所设的假设条件相同；而当m=1、k=0时，所对应的m2值较大，其可理解为低速圈永磁体经调磁环所保留的基波幅值。

（2）辅助材料成本。报废的动力电池需要用酸、碱、有机溶剂、沉淀剂等进行处理，回收的工艺不同以及最后产品的不同，所使用的辅助材料也有所不同。

4.2 静态转矩

最大静态转矩值是永磁齿轮传动机构最重要的性能指标之一，是设计分析永磁齿轮的关键。由于CPMPG内部磁场分析复杂，难以建立数学模型求解析解，因此本文采用有限元方法对第一级CPMPG的转矩特性建模并分析。

图5和图6分别为低速圈和高速圈的静态转矩。由图5及图6知，低速圈及高速圈的静态峰值转矩分别为1 100 N·m及150 N·m，低速圈的转矩密度为159.45 kN·m/m3，符合转矩设计要求。

  

图5 第一级外转子静态转矩

  

图6 第一级内转子静转矩

4.3 动态有限元分析

由于CPMPG采用两级行星传动，难于实现联动仿真验证，因此将其结构分开，对单个CPMG进行仿真，并将其仿真结果用函数传递的方法传递至下一级，以实现CPMPG的整体仿真。

  

图7 CPMPG转速整体仿真

图7为CPMPG整体仿真转速图，两个高速圈输入转速为200 r/min，传递给调磁环后的转速为27.59 r/min，最后低速圈输出的转速为2.98 r/min。

与式(10)所得结果一致，其传动比可高达67，与单个CPMG相比增大了10倍多。

图8为CPMPG输出转矩仿真结果。其所带载荷为700 N·m，转矩密度为101.5 kN·m/m3；虽与4.2节所述的静态转矩相比较小，但与永磁电机(转矩密度为50 kN·m/m3)相比，仍有较大幅度的提高。

  

图8 CPMPG输出转矩

5 结论

(1)与单个的CPMG相比，所设计的基于功率分流型的CPMPG具有较大的传动比，其值可高达67，为单个的CPMG的10余倍。

(2)所设计的CPMPG其静态转矩密度可高达159.45 kN·m/m3，动态转矩密度则可达到101.5 kN·m/m3；虽然动态转矩密度较静态转矩密度为低，但仍比永磁电机高出了2倍多。

参考文献

[1] ATALLAH K， CALVERLEY S D， HOWE D. Design， analysis and realization of a high-performance magnetic gear[J]. IEEE Proceedings- Electric Power Applications， 2004， 151(2):135-143.

[2] ATALLAH K， HOWE D. A novel high-performance magnetic gear[J]. IEEE Transactions on Magnetics， 2001， 37(4):2844-2846.

[3] 葛研军， 聂重阳， 辛强.调制式永磁齿轮气隙磁场及转矩分析计算[J]. 机械工程学报， 2012， 11(1):153-158.

[4] 葛研军， 辛强， 聂重阳. 磁场调制式永磁齿轮结构参数与转矩关系[J]. 机械传动， 2012， 36(4):5-8.

[5] HUANG C C， TSAI M C， DORRELL D G. Development of a magnetic planetary gearbox[J]. IEEE Transactions on Magnetics， 2008， 44(3):403-412.

[6] GOUDA E， MEZANI S， BAGHLI L， et al. Comparative study between mechanical and magnetic planetary gears[J]. IEEE Transactions on Magnetics， 2011， 47(2):439-450.

[7] LI W， CHAU K T， LEE C H T， et al. A new linear magnetic gear with adjustable gear ratios and its application for direct-drive wave energy extraction[J]. Renewable Energy， 2017:199-208.

[8] MATSUMURA T， SAKURAI Y， KATAZA H， et al. Magnetically coupled gear based drive mechanism for contactless continuous rotation using superconducting magnetic bearing below 10 K[J]. Physica C Superconductivity， 2016， 7(1):138-141.