[发明专利]高弱磁性能Halbach阵列永磁同步电机

说明书

本发明公开了一种高弱磁性能Halbach阵列永磁同步电机，其结构包括定子铁心、三相电枢绕组、气隙、转子铁心以及分段式Halbach阵列永磁体磁极等组成部分。该电机为解决传统表贴式永磁同步电机弱磁困难的问题而提出，一方面在直轴增设转子铁心凸极，有效减小直轴气隙长度，增大电枢直轴电抗，增强电枢电流的弱磁效果，避免永磁体在去磁磁场下发生不可逆退磁；另一方面表贴式磁极采用分段式Halbach阵列结构，以改善气隙磁场分布，削弱由转子凸极带来的转矩波动过大等问题，提高电机的整体性能。

技术领域

本发明涉及一种高弱磁性能Halbach阵列永磁同步电机，属于永磁同步电机领域。

背景技术

随着永磁体材料性能的不断提高，永磁同步电机得到了快速发展，已被广泛应用到航空航天、医疗机械、工业生产、交通运输、国防建设等众多领域当中。与传统电励磁同步电机相比，永磁同步电机由于采用永磁体励磁，不仅结构更为简单，且无转子励磁损耗，效率比电励磁同步电机要高，更加节能环保，具有广阔的发展前景，成为人们研究的热点。但由于采用永磁体励磁，永磁同步电机的励磁磁场难以调节，对于转速范围较宽的应用场合，其高速性能受到一定限制。

为了解决上述问题，受他励直流电动机的调磁控制启发，学者们提出了永磁同步电机的弱磁控制方法。该方法在永磁同步电机端电压达到逆变器输出电压极限时，通过增加电枢直轴去磁电流分量i_d来减小电机内的磁通，以维持电压平衡，达到“弱磁”效果。但为了保证电枢电流不超过电机的额定值，在增加直轴去磁电流分量i_d的同时，需要相应减小交轴电流分量i_q，输出转矩会有所下降，电机将运行在恒功率区域内。同时，弱磁控制方法的效果与直轴电抗X_d密切相关，X_d越大则相同直轴去磁电流对气隙磁场的削弱效果越好，目前多用于内置式永磁同步电机中。而表贴式永磁同步电机由于永磁体位于转子表面，一方面使得电机气隙较大，直轴电抗X_d越较小，难以获得较好的弱磁效果；另一方面永磁体易受电枢直轴去磁电流的影响发生不可逆退磁，导致弱磁控制在表贴式永磁同步电机中的应用受到一定限制，难以适应宽转速范围的应用场合。

发明内容

为克服上述表贴式永磁同步电机在弱磁性能上的不足，本发明通过对传统表贴式永磁同步电机转子结构进行改进，提供一种高弱磁性能Halbach阵列永磁同步电机。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案

本发明提供一种高弱磁性能Halbach阵列永磁同步电机，包括定子铁心、三相电枢绕组、转子铁心，转子铁心与定子铁心之间存在气隙。转子铁心的表面设置有转子磁极，在转子磁极的直轴方向设置了一定宽度的扇形铁心块作为转子铁心凸极。

作为本发明的进一步优化方案，每极磁极由分段式Halbach阵列永磁体组成。

作为本发明的进一步优化方案，每极磁极中分段式Halbach阵列永磁体尺寸相同。

作为本发明的进一步优化方案，每块永磁体所占的极弧系数α_PM为：

式中，α_Fe为转子铁心凸极的极弧系数，N_H为每极Halbach阵列永磁体的永磁体块数。

作为本发明的进一步优化方案，每块永磁体所占弧度角θ_PM为：

式中，p为永磁同步电机的极对数。

作为本发明的进一步优化方案，每块永磁体的充磁角度为：