[发明专利]一种优化四段Halbach阵列表贴式永磁电机的方法

权利要求书

1.一种四段Halbach阵列表贴式永磁电机，包括有转子和与转子对应的定子，其特征在于：所述的转子是由四段Halbach阵列构成，所述的四段Halbach阵列的每极是由四段相邻且轴对称的永磁构成，对称轴为第二段永磁与第三段永磁的几何中心；第二段、第三段两段永磁的极弧系数比为R_mp,第一段、第四段永磁的磁化角为Δθ₁，第二段、第三段永磁的磁化角为Δθ₂，且都为锐角，N极第一段、第二段永磁的磁化角为磁化方向与顺时针圆周切向方向的夹角；N极第三段、第四段永磁的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、第二段永磁的磁化角为磁化方向与逆时针圆周切向方向的夹角；S极第三段、第四段永磁的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四段Halbach阵列表贴式永磁电机；

所述的四段Halbach阵列的两个磁化角以及极弧系数比通过解析方法计算求得：首先通过解析方法得到无槽永磁电机空载径向气隙磁密的函数表达式，然后对于径向气隙磁密的基波函数、永磁磁化角以及极弧系数比，通过遗传算法进行优化，从而得到无槽电机径向气隙磁密的基波幅值最大时的最优磁化角以及极弧系数比；

所述的解析方法具体步骤如下：

一个电周期内具有四段Halbach阵列永磁电机的磁化强度，写成分段函数如下：

式中：δ₁＝(1+R_mp)π/(4p)，δ₂＝R_mp·π/(4p)，p为极对数，R_mp为第二段与第三段两段永磁的极弧系数比，B_r为永磁体剩磁，Δθ₁为第一段、第四段永磁的磁化角，Δθ₂为第二段、第三段永磁的磁化角，θ为转子的位置角，μ0为真空的磁导率；

对M_r和M_θ分别进行傅里叶分解，得到

根据磁场的拉普拉斯方程、准泊松方程以及边界条件，得到无槽电机空载径向气隙磁密为：

M_n＝M_rn+npM_θn

式中：r为气隙某点到圆心的距离，R_s为定子内半径，R_m1为永磁的外半径，R_m2为永磁的内半径，R_r为转子外半径，且R_m2＝R_r，μ₀为真空的磁导率，μ_r为永磁的相对磁导率；

在式(10)中，令n＝1，取基波系数，得到无槽永磁电机径向气隙磁密的基波幅值：

B_r1＝f(Δθ₁,Δθ₂,R_mp) (11)

即无槽径向气隙磁密的基波幅值B_r1是与磁化角Δθ₁、Δθ₂以及极弧系数比R_mp有关的三元函数；

确定永磁用量后对Halbach永磁阵列进行充磁方式以及极弧系数比进行优化，将无槽电机的径向气隙磁密的基波利用遗传算法进行优化，其目标优化函数为：

max{f(Δθ₁,Δθ₂,R_mp)}(12)

其中Δθ₁为第一段、第四段永磁的磁化角，Δθ₂为第二段、第三段永磁的磁化角，R_mp为第二段与第三段两段永磁的极弧系数比；确定各磁化角和极弧系数比的边界以及线性不等式约束条件；满足优化终止条件时，选取最优化条件下的各段永磁的磁化角以及极弧系数比。