[發明專利]一種優化四段Halbach陣列表貼式永磁電機的方法

有效

• 申請號: 202011560761.4
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112671135B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 倪有源;江昕;黃亞;肖本賢
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02K1/2783
• 分類號: H02K1/2783;G06F30/27;G06N3/12
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.一種四段Halbach陣列表貼式永磁電機，包括有轉子和與轉子對應的定子，其特征在于：所述的轉子是由四段Halbach陣列構成，所述的四段Halbach陣列的每極是由四段相鄰且軸對稱的永磁構成，對稱軸為第二段永磁與第三段永磁的幾何中心；第二段、第三段兩段永磁的極弧系數比為R_mp,第一段、第四段永磁的磁化角為Δθ₁，第二段、第三段永磁的磁化角為Δθ₂，且都為銳角，N極第一段、第二段永磁的磁化角為磁化方向與順時針圓周切向方向的夾角；N極第三段、第四段永磁的磁化角為磁化方向與逆時針圓周切向方向的夾角；S極第一段、第二段永磁的磁化角為磁化方向與逆時針圓周切向方向的夾角；S極第三段、第四段永磁的磁化角為磁化方向與順時針圓周切向方向的夾角，轉子與對應的定子配合構成四段Halbach陣列表貼式永磁電機；

所述的四段Halbach陣列的兩個磁化角以及極弧系數比通過解析方法計算求得：首先通過解析方法得到無槽永磁電機空載徑向氣隙磁密的函數表達式，然后對于徑向氣隙磁密的基波函數、永磁磁化角以及極弧系數比，通過遺傳算法進行優化，從而得到無槽電機徑向氣隙磁密的基波幅值最大時的最優磁化角以及極弧系數比；

所述的解析方法具體步驟如下：

一個電周期內具有四段Halbach陣列永磁電機的磁化強度，寫成分段函數如下：

式中：δ₁＝(1+R_mp)π/(4p)，δ₂＝R_mp·π/(4p)，p為極對數，R_mp為第二段與第三段兩段永磁的極弧系數比，B_r為永磁體剩磁，Δθ₁為第一段、第四段永磁的磁化角，Δθ₂為第二段、第三段永磁的磁化角，θ為轉子的位置角，μ0為真空的磁導率；

對M_r和M_θ分別進行傅里葉分解，得到

根據磁場的拉普拉斯方程、準泊松方程以及邊界條件，得到無槽電機空載徑向氣隙磁密為：

M_n＝M_rn+npM_θn

式中：r為氣隙某點到圓心的距離，R_s為定子內半徑，R_m1為永磁的外半徑，R_m2為永磁的內半徑，R_r為轉子外半徑，且R_m2＝R_r，μ₀為真空的磁導率，μ_r為永磁的相對磁導率；

在式(10)中，令n＝1，取基波系數，得到無槽永磁電機徑向氣隙磁密的基波幅值：

B_r1＝f(Δθ₁,Δθ₂,R_mp) (11)

即無槽徑向氣隙磁密的基波幅值B_r1是與磁化角Δθ₁、Δθ₂以及極弧系數比R_mp有關的三元函數；

確定永磁用量后對Halbach永磁陣列進行充磁方式以及極弧系數比進行優化，將無槽電機的徑向氣隙磁密的基波利用遺傳算法進行優化，其目標優化函數為：

max{f(Δθ₁,Δθ₂,R_mp)}(12)

其中Δθ₁為第一段、第四段永磁的磁化角，Δθ₂為第二段、第三段永磁的磁化角，R_mp為第二段與第三段兩段永磁的極弧系數比；確定各磁化角和極弧系數比的邊界以及線性不等式約束條件；滿足優化終止條件時，選取最優化條件下的各段永磁的磁化角以及極弧系數比。