[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

本發明公開了一種優化四段Halbach陣列表貼式永磁電機的方法，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；每極的第二段與第三段兩段永磁的極弧系數比為一定值，轉子與對應的定子配合構成四段Halbach永磁電機。本發明可以提高電機徑向氣隙磁密基波幅值，減小氣隙磁密的諧波分量，從而在相同的體積和永磁用量下，提高輸出轉矩，提高電機的轉矩密度和功率密度，具有更優秀的電磁性能。

技術領域

本發明涉及永磁電機技術領域，尤其涉及一種優化四段Halbach陣列表貼式永磁電機。

背景技術

永磁電機具有輸出效率高、體積小以及功率密度高等優點，在航空航天、國防、交通運輸、新能源和公共生活等領域都具有非常廣泛的應用。Halbach陣列的表貼式永磁電機，根據每極下永磁的分段數，又可分為兩段、三段、四段一直到n段。從理論上來看，Halbach陣列的段數越多，電機的徑向氣隙磁密則越接近于正弦波，從而電磁性能表現越優秀。但是隨著段數的增多，增加了加工制作的復雜性?？紤]到生產實際，所以研究的通常是具有少數有限段Halbach陣列的永磁電機。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術中提供表貼式永磁電機存在的轉矩密度和功率密度較低等問題的缺陷，提供一種優化四段Halbach陣列表貼式永磁電機的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種優化四段Halbach陣列表貼式永磁電機，包括有轉子和與其轉子對應的定子，所述的轉子是由優化四段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，對稱軸為第二段和第三段永磁的幾何中心。第二段與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陣列的各磁化角以及永磁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，然后利用遺傳算法對無槽電機的空載徑向氣隙磁密基波函數進行優化參數設計，從而得到無槽電機空載徑向氣隙磁密基波幅值最大時的磁化角以及永磁極弧系數比。

以下是具體計算過程。

一個電周期內具有四段Halbach陣列的磁化強度，可以寫成分段函數如下：

式中：δ₁＝(1+R_mp)π/(4p)，δ₂＝R_mp·π/(4p)，p為極對數，R_mp為第二段和第三段永磁極弧系數比，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。