[发明专利]一种混合磁材料Halbach永磁容错电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种永磁同步电机，特指一种混合磁材料Halbach永磁容错电机。

背景技术

因其独特的自屏蔽磁化结构，Halbach永磁电机具有如下优点：（1）Halbach永磁阵列中存在径向和切向磁场，两者相互重叠使气隙的磁感应强度大幅度提高，从而可有效地减小电机的体积，提高电机的功率密度。（2）Halbach永磁阵列可产生正弦分布的气隙磁场，因而不需要定转子斜槽。（3）可以忽略的定位转矩，因而可有效地降低转矩脉动。（4）转子可由Halbach永磁阵列可以组成，不需要转子铁芯或者外壳，减轻了电机的体积重量。可是由于其特殊的自屏蔽磁化结构，相比于其他永磁电机结构，Halbach永磁电机需要更多的稀土永磁材料。

由于稀土永磁材料含量有限并且近年来其价格节节攀升。如何减少永磁电机中稀土永磁材料的用量和降低电机的制造成本，成为目前永磁电机研究的焦点。铁氧体永磁材料由于不含有稀土元素，价格低廉，更重要的是其含量丰富和供应稳定。因而铁氧体永磁材料已较好地成为稀土永磁材料的替代品。已有不少学者开始利用低价格的铁氧体永磁材料代替高价格的钕铁硼永磁材料，并且取得了不错的研究成果。澳大利亚悉尼科技大学的Dorroll, David G等设计并制造了铁氧体材料辐向电机，使得该电机特性与钕铁硼材料电机的特性相当。在此基础上，韩国蔚山大学的Mohammad, Mizanoor Rahman等设计并分析了带有聚磁环的铁氧体材料辐向电机，由于铁氧体材料聚磁环的使用，增大了电机的气隙磁场。但是相比于传统稀土永磁电机，铁氧体永磁电机的直径或者长度会增大。

永磁电机的容错能力对其可靠稳定的运行至关重要。容错齿和单层集中绕组可使永磁电机具有各相磁隔离、热隔离、物理隔离和电隔离的能力，实现了电机在结构上固有的解耦作用。因此对永磁电机的高可靠设计和高稳定运行而言，容错齿和单层集中式绕组很有必要。

目前Halbach永磁电机结构中应用的永磁材料一般是钕铁硼或者钐钴稀土永磁材料。为了减少稀土永磁材料的用量和降低电机的制造成本，本发明提出了一种混合磁材料的高可靠性Halbach永磁容错电机。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种减少稀土永磁材料用量的混合磁材料高可靠性Halbach永磁容错电机。基于上述要求，本发明公布了一种混合磁材料Halbach永磁容错电机。该混合材料Halbach电机是指在该电机中既使用铁氧体永磁材料，又使用钕铁硼永磁材料。

本发明采用的技术方案是：

一种混合磁材料Halbach永磁容错电机，包括转子以及由定子铁芯和定子绕组构成的定子，所述转子包括外磁场的Halbach永磁阵列，所述Halbach永磁阵列由径向磁化的钕铁硼永磁材料和切向磁化的铁氧体永磁材料相间排列组成。由于铁氧体永磁材料的使用，减少了稀土永磁材料的用量。

进一步，所述定子绕组为单层集中式绕组，所述单层集中式绕组交替缠绕在定子齿上。于采用了容错齿和单层集中式绕组，使得该电机在结构上具有自解耦作用，从而具有各相磁隔离、热隔离、物理隔离和电隔离的容错能力。

进一步，所述转子还包括不锈钢的套筒，所述套筒套装在所述Halabch永磁体阵列外侧。不锈钢的套筒套装在Halbach阵列外侧，加固了Halbach永磁阵列和增强转动部件的机械鲁棒性。

进一步，所述定子铁芯采用WGT-200材料冲片叠压而成。

本发明的有益效果是：

本发明的混合磁材料Halbach永磁容错电机由于采用了价格低和含量丰富的铁氧体永磁材料，降低了稀土永磁材料的用量，同时电机的造价也会降低，为扩大永磁电机的应用领域提供了可能性。

附图说明

图1是本发明结构简图；

图2是铁氧体和钕铁硼的充磁方向；

图3是本发明与传统稀土Halbach永磁电机的反电势对比；

图4是本发明与传统稀土Halbach永磁电机的反电势的谐波分析。

图中：1.定子铁芯；2.单层集中式绕组；3.套筒； 4.钕铁硼永磁材料；5.铁氧体永磁材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。