[發明專利]一種正六邊形永磁體磁場分布模型構建方法

在審

• 申請號: 202211336029.8
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115526062A
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 宋濤;何志琴;吳欽木;馬家慶;黃玉瑤;曾春鴻
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/23;G06F119/02
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 胡緒東

本發明公開了一種正六邊形永磁體磁場分布模型構建方法，該方法為：將正六邊形永磁體的三維分子環流模型轉換為二維解析模型，永磁體被均勻磁化后，其體電流為零，則空間中任一場點處的磁場僅由永磁體表面的閉合電流環路產生，以安培分子環流假說和分子環流模型為基礎，應用畢奧?薩伐爾定律和磁場疊加原理，構建正六邊形永磁體的外部空間磁場分布模型，并使用有限元分析結果對解析式的可靠性和有效性進行驗證，并給出了正六邊形永磁體外部空間磁通量密度隨空間氣隙值這一重要電機設計參數變化的分布特性。

技術領域

本發明屬于正六邊形永磁體磁場分布模型技術領域，涉及一種正六邊形永磁體磁場分布模型構建方法。

背景技術

永磁體的外部空間磁場分布是其工程應用的基礎。在平面動磁式直線電機中，由安培左手定則知，動子永磁體陣列的外部空間磁通量密度的法向分量B_z決定了其所受水平推力。直觀的磁通量密度解析式，對平面直線電機動子結構的設計和優化具有重要意義。因此，有必要對永磁體的外部空間磁場進行解析研究。其中，矩形永磁體的最為成熟，其工程應用亦最為廣泛。但研究僅限于單塊矩形永磁體和一維矩形永磁體陣列。

隨著精密加工等技術的發展及消費者和市場對產品性能要求的提升，其他具有對稱性形狀的永磁體逐漸被研究和應用。且文獻“J.L.G.Janssen，J.J.H.Paulides，E.A.Lomonova.磁體形狀對無鐵芯軸向磁通永磁同步發電機性能的影響.電氣工程，104、959–968(2022)”指出，三角形、六邊形、八邊形等形狀的永磁體可能有助于磁機器性能的提升。文獻“S.Amin，S.Madanzadeh，S.Khan，et al.應用于傾斜線性永磁執行機構的三角形磁鐵段的三維分析場計算[J]。Compel，2010，29(4)：984-993”中提到在無芯軸向磁通永磁同步發電機中，相較于梯形或斜形磁體，使用三角形永磁體獲得了更高的感應電動勢和輸出功率。文獻“N.Majernik，J.B.Rosenzweig.使用直角三角形磁鐵的海爾貝克波蕩器.物理綜述.加速器和光速.2019,22(9)：092401-092401”中提到基于直角三角形磁體的Halbach陣列，其性能與等腰三角形磁體相當而優于上下格子型陣列。文獻“T.B.IBRAHIM，A.H.MEMON，F.MEMON，P.NALLAGOWDEN and N.A.MOHD ZAMRI.用于波能轉換的三角形磁陣線性同步永磁發電機的建模與驗證.2018年智能與先進系統國際會議(ICIAS).2018,pp.1-6”中提到在用于波浪能轉換的直驅永磁直線發電機中，較傳統矩形永磁體，使用等腰三角形永磁體獲得了更好的電磁性能，并采用傅里葉級數法研究了開路磁通密度。文獻“J.L.G.Janssen，J.J.H.Paulides，E.A.Lomonova.磁體形狀對無鐵芯軸向磁通永磁同步發電機性能的影響.電氣工程，104、959–968(2022)”雖基于磁荷法，提出了一種計算棱柱形永磁體磁場的方法，但解析式復雜，不便于借鑒推廣。文獻“A.Deshmukh,L.Petit,M.U.Khan,F.Lamarque andC.Prelle.六位數字電磁執行器的研制.2017IEEE高級智能機電一體化(AIM)國際會議.2017:975-980”中提到在三維微型數字電磁執行器中，采用六邊形永磁體作為動子。文獻“A.Deshmukh,L.Petit,M.U.Khan,F.Lamarque and C.Prelle.一種新型的12離散位置三維電磁數字執行器.IEEE/ASME機電一體化匯刊.2018，23(4)：1653-1661”中將六邊形永磁體等效成矩形永磁體來解析其外部空間磁場分布。目前，未有描述六邊形永磁體外部空間磁場分布的解析式。在磁致冷系統中，使用八邊形陣列既能提高冰箱冷卻能力，也能保持系統結構簡單和緊湊。磁粉成像技術中，兼顧應用和無場線性能兩方面，八邊形是最合適的磁鐵形狀。但均未解析八邊形永磁體的外部空間磁場。目前，亦無描述八邊形永磁體外部空間磁場分布的解析式。事實上文獻“A.Deshmukh,L.Petit,M.U.Khan,F.Lamarque andC.Prelle.六位數字電磁執行器的研制.2017IEEE高級智能機電一體化(AIM)國際會議.2017:975-980”均采用正六邊形永磁體，文獻“CELIK，SERDAR Kural，MEHMET，HAMDI.磁制冷機的八角海爾貝克磁陣設計.傳熱工程，2018,39(4)：391-397”均采用正八邊形永磁體。