[發明專利]優化Halbach陣列表面插入式永磁電機的方法有效
| 申請號： | 202011562945.4 | 申請日： | 2020-12-25 |
| 公開（公告）號： | CN112531941B | 公開（公告）日： | 2022-01-25 |
| 發明（設計）人： | 倪有源;錢威;肖本賢;陳康;黃亞 | 申請（專利權）人： | 合肥工業大學 |
| 主分類號： | H02K1/27 | 分類號： | H02K1/27;G06F30/20 |
| 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 |
| 地址： | 230009 安*** | 國省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 優化 halbach 陣列 表面 插入 永磁 電機 方法 | ||
1.一種優化Halbach陣列表面插入式永磁電機的方法，其特征在于：通過優化Halbach陣列表面插入式永磁電機的各段磁極極弧系數和磁化角度的組合以獲取最優感應電動勢；
所述的Halbach陣列表面插入式永磁電機為奇數段Halbach陣列表面插入式永磁電機或者偶數段Halbach陣列表面插入式永磁電機；
所述的Halbach陣列表面插入式的永磁電機具有最優極弧系數和磁化角組合的Halbach陣列，包括轉子以及與轉子對應的定子，當為偶數段Halbach陣列表面插入式永磁電機時，所述轉子由偶數段Halbach陣列和嵌入鐵構成，偶數段陣列由n對兩兩對稱的永磁構成，對稱軸為各對磁極的幾何中心，各對邊磁的磁化角θmn都為銳角，N極中心對稱軸左側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極中心對稱軸右側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極中心對稱軸左側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極中心對稱軸右側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具有最優極弧系數和磁化角組合的偶數段Halbach陣列永磁電機；當為奇數段Halbach陣列表面插入式永磁電機時，所述轉子由奇數段Halbach陣列和嵌入鐵構成，奇數段陣列由一段中心磁極和n對兩兩對稱的永磁構成，對稱軸為中心磁極的幾何中心；中心磁極的磁化方式平行磁化，每對邊磁的磁化角θmn都為銳角，邊磁磁化角定義與偶數陣列相同，轉子與對應的定子配合構成具有最優極弧系數和磁化角的奇數段Halbach插入式永磁電機；
每段磁極的極弧系數以及對應的磁化角由解析法獲得：首先通過解析方法得到永磁電機空載徑向氣隙磁密的函數表達式，然后通過空載徑向氣隙磁密計算獲得感應電動勢的函數表達式，通過將感應電動勢的函數表達式對磁化角及各段極弧系數數值進行求導以獲取感應電動勢最大時，各段極弧系數和磁化角的最優組合值；
當為偶數段Halbach陣列表面插入式永磁電機時，所述的解析法具體過程如下：
一個電周期內具有由n對邊磁極構成的偶數段Halbach陣列的磁化強度，寫成分段函數如下：
……
……
……
……
式中：p為極對數，Br為永磁體剩磁，θmn為每段永磁的磁化角，θ為轉子的位置角，α0為中間極弧系數，αn為第1～n對邊磁的總極弧系數，αr為除插入鐵外的極弧，γn為第n對邊磁的中心偏移角，其數值為μ0為真空的磁導率；
對Mr和Mθ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：
式中：ρ為某點與圓心的距離，Rs為定子內半徑，Rm為永磁的外半徑，Rr為轉子外半徑，μ0為真空的磁導率，μr為永磁的相對磁導率，AuI由以下矩陣方程算得：
Mv＝Mρv+vpMθv
(1-14)
插入式永磁電機的空載感應電動勢由磁通和法拉第電磁感應定律算出每相每個線圈的相感應電動勢后疊加算得：
EMFph＝dψ/dt (1-16)
EMFA＝EMFA1+EMFA2+…+EMFAj (1-17)
其中，Wc為線圈匝數，L為電機軸向長度，θc為線圈節距角，ω為電機轉速的角速度；
再利用函數求極值的方法，建立方程組，得到最優的極弧系數和磁化角組合；對于偶數段Halbach陣列的插入式永磁電機，其最優化方程為：
其中，EMFA1為感應電動勢基波幅值。
2.根據權利要求1所述的一種優化Halbach陣列表面插入式永磁電機的方法，其特征在于：當為奇數段Halbach陣列表面插入式永磁電機時，所述的解析法具體過程如下：
一個電周期內具有由一段中心磁極和n對邊磁極構成的奇數段Halbach陣列的磁化強度，寫成分段函數如下：
……
……
……
……
式中：p為極對數，Br為永磁體剩磁，θmn為每段永磁的磁化角，θ為轉子的位置角，α0為中間極弧系數，αn為第1～n對邊磁的總極弧系數，αr為除插入鐵外的極弧，γn為第n對邊磁的中心偏移角，其數值為μ0為真空的磁導率；
對Mr和Mθ分別進行傅里葉分解，得到
對插入式永磁電機的氣隙磁密和感應電動勢部分的計算與偶數陣列完全相同；
再利用函數求極值的方法，建立方程組，即可得到最優的極弧系數和磁化角組合，對于奇數段Halbach陣列的插入式永磁電機，其最優化方程為：
其中，EMFA1為感應電動勢基波幅值。
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