[发明专利]一种具有最优磁化角的两段式Halbach永磁电机

说明书

本发明公开了一种具有最优磁化角的两段式Halbach永磁电机，且N极第一段永磁的最优磁化角为磁化方向与顺时针圆周切向方向的夹角；N极第二段永磁的最优磁化角为磁化方向与逆时针圆周切向方向的夹角；S极第一段永磁的最优磁化角为磁化方向与逆时针圆周切向方向的夹角；S极第二段永磁的最优磁化角为磁化方向与顺时针圆周切向方向的夹角，转子与对应的定子配合构成具有最优磁化角的两段式Halbach永磁电机。本发明可以提高径向气隙磁密基波幅值，且减小气隙磁密的谐波分量，从而在相同的体积和成本下，可以提高输出转矩，因此可提高该类电机的转矩密度和功率密度，同样适用于无转子铁心电机和外转子电机。

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，尤其涉及一种具有最优磁化角的两段式Halbach永磁电机。

背景技术

永磁电机具有效率高、体积小以及高功率密度等优点，广泛地应用在航空航天、国防、交通运输、工农业生产和公共生活等领域。永磁电机根据转子永磁所处位置分为表贴式和内置式永磁电机。Halbach阵列永磁电机属于表贴式永磁电机，又可分为两段、三段、四段一直到n段。理论上来说，段数越多，径向气隙磁密越接近于正弦波。但是段数越多，增加了加工制作的复杂性。考虑到生产实际，所以研究的通常只有两段或三段Halbach阵列。

中国专利200910310623.8公开了复合结构永磁电机的Halbach阵列盘式转子。所述电机的转子是由转子铁心和两组Halbach阵列永磁组成，且使两组Halbach阵列永磁体的磁场减弱的面与转子铁心固定在一起。从而不管极数是否相同，都使转子内的磁通减少，根据实际工作的功率和转速等因素，灵活选择电机的极数。但是，由于转子有两组Halbach阵列，使得电机的结构过于复杂。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术永磁电机存在的转矩密度和功率密度较低等问题的缺陷，提供一种具有最优磁化角的两段式Halbach永磁电机。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种具有最优磁化角的两段式Halbach永磁电机，包括有转子和与转子对应的定子，所述的转子是由具有最优磁化角的两段式Halbach阵列构成，所述的两段式Halbach阵列的每极是由两段相邻且对称的永磁构成，对称轴为两段永磁的几何中心，两段永磁所有的磁化角Δθ都为锐角，且N极第一段永磁的最优磁化角为磁化方向与顺时针圆周切向方向的夹角；N极第二段永磁的最优磁化角为磁化方向与逆时针圆周切向方向的夹角；S极第一段永磁的最优磁化角为磁化方向与逆时针圆周切向方向的夹角；S极第二段永磁的最优磁化角为磁化方向与顺时针圆周切向方向的夹角，转子与对应的定子配合构成具有最优磁化角的两段式Halbach永磁电机。

所述的两段式Halbach阵列为单层的两段式Halbach阵列或双层的两段式Halbach阵列，所述的双层的两段式Halbach阵列是通过两层两段式Halbach阵列叠加而成的。

所述的单层的两段式Halbach阵列的最优磁化角通过解析方法计算求得：首先通过解析方法得到永磁电机空载径向气隙磁密的函数表达式，然后通过空载径向气隙磁密的基波函数对磁化角进行求导计算，从而得到空载径向气隙磁密的基波幅值最大时的最优磁化角。

以下是具体计算过程。

一个电周期内具有单层两段式Halbach陈列的磁化强度，可以写成分段函数如下：

式中：δ＝π/(4p)，p为极对数，B_r为永磁体剩磁，Δθ为每段永磁的磁化角，θ为转子的位置角。

对M_r和M_θ分别进行傅里叶分解，得到