[发明专利]一种高强度Halbach永磁阵列转子结构

说明书

本发明公开一种高强度Halbach永磁阵列转子结构，涉及轴向磁通永磁电机的技术领域，包括：永磁体固定销支撑内固定环、沿圆周分布的分段式Halbach永磁阵列、套设在转轴上的转子导磁背轭、U型支撑外固定环，Halbach永磁阵列的各永磁体的两个侧面都开有用于装配时穿入销钉的半圆形凹槽，磁体固定销支撑内固定环、转子导磁背轭、U型支撑外固定环通过各自轴向开有的螺纹孔紧固连接形成转子盘，两相邻扇形永磁块通过其半圆形凹槽构成的径向销钉孔径向固定在转子盘上。本发明公开的Halbach永磁阵列转子具有永磁体励磁效率高、结构强度高、安装工艺性好等特点，适合于高速轴向磁场永磁电机驱动和推进等应用场合。

技术领域

本发明公开了一种高强度Halbach永磁阵列转子结构，涉及轴向磁通永磁电机的技术领域，特别涉及一种轴向磁通电机的高强度Halbach永磁阵列转子。

背景技术

轴向磁通永磁电机又称为盘式电机，具有转矩密度高、轴向结构紧凑、效率高等显著优势，在电动汽车、风力发电、航空器推进系统等场合具有很好的应用前景。区别于径向电机的是轴向磁场电机转子外径一般和定子外径一样且永磁体一般为表贴式结构，因此，轴向磁场电机的转动惯量大。另外，正在向高速化、高功率密度方向发展的轴向磁场永磁电机对大惯量盘式转子的结构强度提出了更高的要求。

由于转子永磁体和定子通过磁场相互作用不仅产生电磁转矩，而且定子和转子永磁体之间还存在非常大的轴向吸引力，同时，高速轴向磁场永磁电机高速运行过程中由于高速旋转引起的离心力也增加了永磁体受力的复杂程度，而轴向磁场永磁电机转子诸多采用表贴式结构，永磁体的固定安装及保护成为其设计开发的关键技术。表贴式轴向磁场永磁电机转子盘的永磁体主要通过结构胶粘贴和螺钉紧固等方式固定安装，结构胶粘接永磁体的方式在低速轴向磁场永磁电机中较为常见，然而，其粘接胶的可靠性一直备受诟病。公开号为CN101860098A的专利涉及一种盘式永磁电机转子，采用压块和螺丝把永磁体固定到电机导磁背板上，使永磁体与电机导磁背板紧固连接，然而，该方法破坏了永磁体结构的整体性，在高速旋转时会在紧固连接部位产生集中应力，大幅降低转子永磁体强度。公开号为CN108233656A的专利涉及一种超高速盘式永磁同步电机，转子采用U型保护套固定安装永磁体，增加了轴向气隙，其材料的选取尤为关键，一般需要具有不导磁不导电特性，同时，机械强度要好，这给工程设计带来了很多技术难题。

为了进一步提高轴向磁场永磁电机的气隙磁密和气隙磁场波形的正弦度，一般采用Halbach永磁阵列，公开号为CN1773817A的专利涉及一种基于Halbach阵列的交流盘式无铁心永磁同步电动机，转子采用Halbach阵列结构，转子永磁体只是简单地安装在转子盘上，不涉及永磁体的增强结构以及安装固定方法。公开号为CN 105141057 A的专利涉及一种Halbach阵列盘式电机，该申请也未提及Halbach阵列结构的固定和安装及其增强措施。

大功率轴向磁场永磁电机采用Halbach永磁阵列转子可以有效提高功率密度和效率，然而，Halbach阵列每极下的永磁体分段且充磁方向不同，相互之间电磁力变化复杂，永磁体的固定和安装工艺复杂，安装过程永磁体的破损率高；特别是高速运行下盘式转子永磁体的离心力对永磁体的强度乃至整个转子盘的强度提出了严格考验。

发明内容

本发明的发明目的是针对上述背景技术的不足，提供了一种高强度Halbach永磁阵列转子结构，分段式Halbach永磁阵列通过永磁体块安装后形成的径向销钉孔与转子盘紧固连接，降低了Halbach永磁阵列在轴向上的应力，提高了转子的机械强度，解决了现有Halbach阵列盘式电机的转子结构强度差且安装过程破损率高的技术问题。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

高强度Halbach永磁阵列转子盘主要包括：沿着圆周分布的分段式Halbach永磁阵列、永磁体固定销、永磁体固定销支撑内固定环、转子导磁背轭、U形支撑外固定环、转子外环不锈钢护套、碳纤维保护套。