[發(fā)明專利]一種基于不等厚Halbach永磁陣列的電機(jī)生產(chǎn)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011090086.3
• 申請(qǐng)日: 2020-10-13
• 公開（公告）號(hào): CN112234779B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋寧冉;周廣旭;朱孟美;慕永云;高佳;馬建輝;郭磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所
• 主分類號(hào): H02K15/00
• 分類號(hào): H02K15/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提供了一種基于不等厚Halbach永磁陣列的電機(jī)生產(chǎn)方法及系統(tǒng)，包括：構(gòu)建永磁陣列，并獲取永磁陣列的磁塊數(shù)據(jù)；所述永磁陣列的充磁方向采用Halbach陣列；建立永磁陣列的磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)磁塊數(shù)據(jù)對(duì)永磁陣列的磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，得到磁場(chǎng)的氣隙磁密基波幅值和磁場(chǎng)波形正弦畸變率；以磁場(chǎng)波形正弦畸變率與氣隙磁密基波幅值的比值作為優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算得到具有最佳磁場(chǎng)性能的永磁陣列尺寸；根據(jù)最佳磁場(chǎng)性能的永磁陣列尺寸對(duì)電機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)制造；在固定磁周期和磁塊個(gè)數(shù)的前提下，可得到具有全局最佳磁場(chǎng)性能的磁陣列尺寸。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及永磁電機(jī)領(lǐng)域，包括永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造，具體涉及一種基于不等厚Halbach永磁陣列的電機(jī)生產(chǎn)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

1979年，美國(guó)學(xué)者Klaus Halbach在做電子加速實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種特殊的永磁鐵陣列排列方式，稱為Halbach永磁陣列。在Halbach永磁陣列中，由于切向磁場(chǎng)與徑向磁場(chǎng)的相互疊加與抵消，使得永磁陣列一側(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大幅度增加，而另一側(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大幅度削弱。在保持永磁塊體積不變的條件下，可以通過(guò)采用Halbach陣列來(lái)提高電機(jī)的氣隙密度。

目前，Halbach永磁陣列的應(yīng)用主要直接應(yīng)用在高能物理、高速電機(jī)、磁懸浮列車系統(tǒng)、磁軸承和醫(yī)學(xué)方面，尤其在電機(jī)中被廣泛應(yīng)用。一些精密裝置，如為納米級(jí)定位機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力的直線電機(jī)，為了獲得更好的控制性能，需要磁陣列提供接近于完美的正弦磁場(chǎng)，而普通的Halbach永磁陣列生成的磁場(chǎng)與完美的正弦磁場(chǎng)有較大的差距。

目前現(xiàn)有技術(shù)中提出了由矩形磁塊和梯形磁塊組成的永磁陣列，以梯形的斜邊至水平線的角度為對(duì)象，對(duì)比了幾組不同角度下的永磁陣列的磁場(chǎng)，選出其中一組角度作為最佳。這種方法具有局限性，無(wú)法有效解決Halbach永磁陣列生成的磁場(chǎng)與完美的正弦磁場(chǎng)有較大的差距問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本公開提供了一種基于不等厚Halbach永磁陣列的電機(jī)生產(chǎn)方法及系統(tǒng)，對(duì)由兩種不同結(jié)構(gòu)的由矩形磁塊和梯形磁塊組成的永磁陣列的磁場(chǎng)進(jìn)行全面建模和全局優(yōu)化，在固定磁周期和磁塊個(gè)數(shù)的前提下，得到具有最佳磁場(chǎng)性能的永磁陣列尺寸。

第一方面，本公開提供了一種基于不等厚Halbach永磁陣列的電機(jī)生產(chǎn)方法，包括：

構(gòu)建永磁陣列，并獲取永磁陣列的磁塊數(shù)據(jù)；所述永磁陣列的充磁方向采用Halbach陣列；

建立永磁陣列的磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)磁塊數(shù)據(jù)對(duì)永磁陣列的磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，得到磁場(chǎng)的氣隙磁密基波幅值和磁場(chǎng)波形正弦畸變率；

以磁場(chǎng)波形正弦畸變率與氣隙磁密基波幅值的比值作為優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算得到具有最佳磁場(chǎng)性能的永磁陣列尺寸；

根據(jù)最佳磁場(chǎng)性能的永磁陣列尺寸對(duì)電機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)制造。

第二方面，本公開提供了一種基于不等厚Halbach永磁陣列的電機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)，包括：

數(shù)據(jù)采集模塊，被配置為：構(gòu)建永磁陣列，并獲取永磁陣列的磁塊數(shù)據(jù)；所述永磁陣列的充磁方向采用Halbach陣列；

數(shù)據(jù)分析模塊，被配置為：建立永磁陣列的磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)磁塊數(shù)據(jù)對(duì)永磁陣列的磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，得到磁場(chǎng)的氣隙磁密基波幅值和磁場(chǎng)波形正弦畸變率；以磁場(chǎng)波形正弦畸變率與氣隙磁密基波幅值的比值作為優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算得到具有最佳磁場(chǎng)性能的永磁陣列尺寸；

電機(jī)制造模塊，被配置為：根據(jù)最佳磁場(chǎng)性能的永磁陣列尺寸對(duì)電機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)制造。

第三方面，本公開提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)指令，所述計(jì)算機(jī)指令被處理器執(zhí)行時(shí)，完成如第一方面所述的基于不等厚Halbach永磁陣列的電機(jī)生產(chǎn)方法。