[发明专利]一种环形Halbach永磁阵列的磁场建模方法

说明书

一种环形Halbach永磁阵列的磁场建模方法，先对环形Halbach永磁阵列在空间中建立全局坐标系，坐标系的原点选取环形Halbach永磁阵列的中心；然后对组成环形Halbach永磁阵列的每块磁铁分别建立局部坐标系，局部坐标系的原点选取每块磁铁的中心；再求出全局坐标系和局部坐标系之间的变换关系，并计算出空间中任意位置的全局坐标与局部坐标的对应关系；在局部坐标系下，利用表面磁荷方法或等效电流法求解每块磁铁产生的磁场强度；最后将每块磁铁在空间中产生的磁场强度叠加，进而得到环形Halbach永磁阵列在空间中产生的磁场强度，本发明能实现对空间中任意位置的磁场强度进行求解，具有计算量小、计算时间短的优点，能大大提高计算精度和计算效率。

技术领域

本发明涉及磁场建模技术领域，具体涉及一种环形Halbach永磁阵列的磁场建模方法。

背景技术

电磁技术在现代生活和工业中都有着广泛的应用，随着磁场的应用领域不断扩展，对磁场强度的要求也在不断提高。很多人通过引入Halbach永磁阵列来提高磁场强度，Halbach永磁阵列是一种特定的永久磁铁排列方式，通过将不同磁化方向的磁铁按顺序排列，使Halbach永磁阵列一侧的磁场强度增强，而另一侧的磁场强度减弱。Halbach永磁阵列不仅可以增强磁场强度，还可以有效地提高永磁材料的利用率。

环形Halbach永磁阵列通常可以分为外侧增强型环形Halbach永磁阵列、内侧增强型环形Halbach永磁阵列、轴向增强型Halbach永磁阵列和双重环形Halbach永磁阵列等。环形Halbach永磁阵列可以很好的提高磁场强度，改善传统装置的性能，因此被广泛应用于永磁电机、高能物理、高精度伺服电机、磁悬浮装置、磁力轴承、医学以及能量俘获等领域中。

为了实现参数设计和参数优化，对环形Halbach永磁阵列进行准确的磁场建模是非常必要的，传统的优化方式主要是有限元解法和近似解法，但是无法同时保证计算效率和计算精度。其中有限元方法是利用特定的有限元软件进行磁场仿真，计算精度会随着网格划分的大小而变化，当计算精度要求较高时，计算量大，计算时间长，无法同时兼顾计算精度和计算效率；另外由于永久磁场的非线性，很多的近似解法被用到永久磁场的理论建模中，但是精度不能达到预期的效果。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种环形Halbach永磁阵列的磁场建模方法，能实现对空间中任意位置的磁场强度进行求解，具有计算量小、计算时间短的优点，能大大提高计算精度和计算效率。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种环形Halbach永磁阵列的磁场建模方法，包括如下步骤：

第一步，对环形Halbach永磁阵列在空间中建立全局坐标系，坐标系的原点选取环形Halbach永磁阵列的中心；

第二步，对组成环形Halbach永磁阵列的每块磁铁分别建立局部坐标系，局部坐标系的原点选取每块磁铁的中心；

第三步，求出全局坐标系和局部坐标系之间的变换关系，并计算出空间中任意位置的全局坐标与局部坐标的对应关系；

第四步，在局部坐标系下，利用表面磁荷方法或等效电流法求解每块磁铁产生的磁场强度；

第五步，将每块磁铁在空间中产生的磁场强度叠加，进而得到环形Halbach永磁阵列在空间中产生的磁场强度。

所述的环形Halbach永磁阵列包括外侧增强型环形Halbach永磁阵列、内侧增强型环形Halbach永磁阵列、轴向增强型Halbach永磁阵列和双重环形Halbach永磁阵列。

所述的环形Halbach永磁阵列的磁铁是长方体形、圆柱形、三棱柱形或扇形的形状，或是上述不同形状的磁铁组合。