[发明专利]优化Halbach阵列表面插入式永磁电机的方法

说明书

本发明公开了一种优化Halbach阵列表面插入式永磁电机的方法。通过优化偶数段或奇数段Halbach中各段极弧系数和磁化角度组合，达到获取最优空载感应电动势的方法。转子与对应的定子配合构成具有最优极弧系数和磁化角的偶数段或奇数段Halbach永磁电机。本发明可以提高插入式永磁电机的空载感应电动势基波幅值大小，从而在相同的体积和成本下，可以提高空载感应电动势和输出转矩，因此可提高该类电机的转矩密度和功率密度，同样适用于无转子铁心电机和外转子电机。

技术领域

本发明涉及永磁电机技术领域，涉及一种Halbach阵列表面插入式电机空载感应电动势的优化方法。

背景技术

永磁电机具有效率高、体积小以及功率密度高等优点，广泛地应用在航空航天、国防、交通运输、工农业生产和公共生活等领域。永磁电机根据转子永磁所处位置分为表贴式、表面插入式以及内置式永磁电机。表面插入式永磁电机每极Halbach阵列可分为两段、四段、四段一直到n段。理论上来说，段数越多，径向气隙磁场越接近于正弦波。但是段数越多，增加了加工制作的复杂性。考虑到生产实际，所以通常只有有限段数的Halbach阵列。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术中表面插入式永磁电机存在空载感应电动势较小、转矩较小的问题，提供一种Halbach阵列表面插入式电机空载感应电动势的优化方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种优化Halbach阵列表面插入式永磁电机的方法，通过优化Halbach阵列表面插入式永磁电机的各段磁极极弧系数和磁化角度的组合以获取最优感应电动势。

所述的Halbach阵列表面插入式永磁电机为奇数段Halbach阵列表面插入式永磁电机或者偶数段Halbach阵列表面插入式永磁电机。

所述的Halbach阵列表面插入式的永磁电机具有最优极弧系数和磁化角组合的Halbach阵列，包括转子以及与转子对应的定子，当为偶数段Halbach阵列表面插入式永磁电机时，所述转子由偶数段Halbach阵列和嵌入铁构成，偶数段阵列由n对两两对称的永磁构成，对称轴为各对磁极的几何中心，各对边磁的磁化角θ_mn都为锐角，N极中心对称轴左侧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极中心对称轴右侧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极中心对称轴左侧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极中心对称轴右侧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具有最优极弧系数和磁化角组合的偶数段Halbach阵列永磁电机；当为奇数段Halbach阵列表面插入式永磁电机时，所述转子由奇数段Halbach阵列和嵌入铁构成，奇数段阵列由一段中心磁极和n对两两对称的永磁构成，对称轴为中心磁极的几何中心；中心磁极的磁化方式平行磁化，每对边磁的磁化角θ_mn都为锐角，边磁磁化角定义与偶数阵列相同，转子与对应的定子配合构成具有最优极弧系数和磁化角的奇数段Halbach永磁电机。

所述的每段磁极的极弧系数以及对应的磁化角由解析法获得：首先通过解析方法得到永磁电机空载径向气隙磁密的函数表达式，然后通过空载径向气隙磁密计算获得感应电动势的函数表达式，通过将感应电动势的函数表达式对磁化角及各段极弧系数数值进行求导以获取感应电动势最大时，各段极弧系数和磁化角的最优组合值。

当为偶数段Halbach阵列表面插入式永磁电机时，所述的解析法具体过程如下：

一个电周期内具有由n对边磁极构成的偶数段Halbach阵列的磁化强度，写成分段函数如下：

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