[发明专利]一种优化四段Halbach阵列表贴式永磁电机的方法

说明书

本发明公开了一种优化四段Halbach阵列表贴式永磁电机的方法，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；每极的第二段与第三段两段永磁的极弧系数比为一定值，转子与对应的定子配合构成四段Halbach永磁电机。本发明可以提高电机径向气隙磁密基波幅值，减小气隙磁密的谐波分量，从而在相同的体积和永磁用量下，提高输出转矩，提高电机的转矩密度和功率密度，具有更优秀的电磁性能。

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，尤其涉及一种优化四段Halbach阵列表贴式永磁电机。

背景技术

永磁电机具有输出效率高、体积小以及功率密度高等优点，在航空航天、国防、交通运输、新能源和公共生活等领域都具有非常广泛的应用。Halbach阵列的表贴式永磁电机，根据每极下永磁的分段数，又可分为两段、三段、四段一直到n段。从理论上来看，Halbach阵列的段数越多，电机的径向气隙磁密则越接近于正弦波，从而电磁性能表现越优秀。但是随着段数的增多，增加了加工制作的复杂性。考虑到生产实际，所以研究的通常是具有少数有限段Halbach阵列的永磁电机。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术中提供表贴式永磁电机存在的转矩密度和功率密度较低等问题的缺陷，提供一种优化四段Halbach阵列表贴式永磁电机的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种优化四段Halbach阵列表贴式永磁电机，包括有转子和与其转子对应的定子，所述的转子是由优化四段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，对称轴为第二段和第三段永磁的几何中心。第二段与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阵列的各磁化角以及永磁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，然后利用遗传算法对无槽电机的空载径向气隙磁密基波函数进行优化参数设计，从而得到无槽电机空载径向气隙磁密基波幅值最大时的磁化角以及永磁极弧系数比。

以下是具体计算过程。

一个电周期内具有四段Halbach阵列的磁化强度，可以写成分段函数如下：

式中：δ₁＝(1+R_mp)π/(4p)，δ₂＝R_mp·π/(4p)，p为极对数，R_mp为第二段和第三段永磁极弧系数比，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。