[發(fā)明專利]優(yōu)化Halbach陣列表面插入式永磁電機的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011562945.4
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112531941B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 倪有源;錢威;肖本賢;陳康;黃亞
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)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(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

本發(fā)明公開了一種優(yōu)化Halbach陣列表面插入式永磁電機的方法。通過優(yōu)化偶數(shù)段或奇數(shù)段Halbach中各段極弧系數(shù)和磁化角度組合，達到獲取最優(yōu)空載感應(yīng)電動勢的方法。轉(zhuǎn)子與對應(yīng)的定子配合構(gòu)成具有最優(yōu)極弧系數(shù)和磁化角的偶數(shù)段或奇數(shù)段Halbach永磁電機。本發(fā)明可以提高插入式永磁電機的空載感應(yīng)電動勢基波幅值大小，從而在相同的體積和成本下，可以提高空載感應(yīng)電動勢和輸出轉(zhuǎn)矩，因此可提高該類電機的轉(zhuǎn)矩密度和功率密度，同樣適用于無轉(zhuǎn)子鐵心電機和外轉(zhuǎn)子電機。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及永磁電機技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種Halbach陣列表面插入式電機空載感應(yīng)電動勢的優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

永磁電機具有效率高、體積小以及功率密度高等優(yōu)點，廣泛地應(yīng)用在航空航天、國防、交通運輸、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和公共生活等領(lǐng)域。永磁電機根據(jù)轉(zhuǎn)子永磁所處位置分為表貼式、表面插入式以及內(nèi)置式永磁電機。表面插入式永磁電機每極Halbach陣列可分為兩段、四段、四段一直到n段。理論上來說，段數(shù)越多，徑向氣隙磁場越接近于正弦波。但是段數(shù)越多，增加了加工制作的復(fù)雜性?？紤]到生產(chǎn)實際，所以通常只有有限段數(shù)的Halbach陣列。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的就是為了彌補已有技術(shù)中表面插入式永磁電機存在空載感應(yīng)電動勢較小、轉(zhuǎn)矩較小的問題，提供一種Halbach陣列表面插入式電機空載感應(yīng)電動勢的優(yōu)化方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種優(yōu)化Halbach陣列表面插入式永磁電機的方法，通過優(yōu)化Halbach陣列表面插入式永磁電機的各段磁極極弧系數(shù)和磁化角度的組合以獲取最優(yōu)感應(yīng)電動勢。

所述的Halbach陣列表面插入式永磁電機為奇數(shù)段Halbach陣列表面插入式永磁電機或者偶數(shù)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(yōu)極弧系數(shù)和磁化角組合的Halbach陣列，包括轉(zhuǎn)子以及與轉(zhuǎn)子對應(yīng)的定子，當為偶數(shù)段Halbach陣列表面插入式永磁電機時，所述轉(zhuǎn)子由偶數(shù)段Halbach陣列和嵌入鐵構(gòu)成，偶數(shù)段陣列由n對兩兩對稱的永磁構(gòu)成，對稱軸為各對磁極的幾何中心，各對邊磁的磁化角θ_mn都為銳角，N極中心對稱軸左側(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(zhuǎn)子與對應(yīng)的定子配合構(gòu)成具有最優(yōu)極弧系數(shù)和磁化角組合的偶數(shù)段Halbach陣列永磁電機；當為奇數(shù)段Halbach陣列表面插入式永磁電機時，所述轉(zhuǎn)子由奇數(shù)段Halbach陣列和嵌入鐵構(gòu)成，奇數(shù)段陣列由一段中心磁極和n對兩兩對稱的永磁構(gòu)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θ_mn都為銳角，邊磁磁化角定義與偶數(shù)陣列相同，轉(zhuǎn)子與對應(yīng)的定子配合構(gòu)成具有最優(yōu)極弧系數(shù)和磁化角的奇數(shù)段Halbach永磁電機。

所述的每段磁極的極弧系數(shù)以及對應(yīng)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(shù)表達式，然后通過空載徑向氣隙磁密計算獲得感應(yīng)電動勢的函數(shù)表達式，通過將感應(yīng)電動勢的函數(shù)表達式對磁化角及各段極弧系數(shù)數(shù)值進行求導(dǎo)以獲取感應(yīng)電動勢最大時，各段極弧系數(shù)和磁化角的最優(yōu)組合值。

當為偶數(shù)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(nèi)具有由n對邊磁極構(gòu)成的偶數(shù)段Halbach陣列的磁化強度，寫成分段函數(shù)如下：

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