[发明专利]一种Halbach磁极阵列结构、内转子及永磁同步电机

说明书

本发明公开了一种Halbach磁极阵列结构，由多个磁路闭合的磁极构型单元呈圆环状拼接构成，磁极构型单元包括两个横截面为类等腰三角形且径向充磁的第一磁极、两个横截面为类直角梯形且斜向充磁的第二磁极和一个横截面为类矩形且切向充磁的第三磁极，第一磁极的顶角指向圆心，第一磁极的腰边侧面与第二磁极的倾斜侧面拼合，第三磁极的直角侧面与第二磁极的直角侧面拼合；由此，通过对不同形状磁极以及不同充磁方向磁极进行排列组合，更加发挥了Halbach阵列一侧漏磁很小的优势，具有更好的磁屏蔽效果，降低了背铁质量，减小了永磁同步电机运行过程中的能量消耗；在不增加永磁体体积的情况下，既提高了电磁输出转矩性能，又降低了电磁转矩的脉动。

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种Halbach磁极阵列结构、内转子及永磁同步电机。

背景技术

传统用于内转子永磁同步电机的哈尔巴赫(Halbach)磁极阵列通常由四个方向充磁的永磁体交替结合组成(如图1所示)，相比径向充磁磁极阵列，具有磁屏蔽效果好，磁极利用率高，气隙磁密谐波含量小的优点，在此基础上，现有技术对传统Halbach磁极阵列进行了多方改进，常见的现有技术改进方向有以下几种：

第一种，通过改变不同充磁方向磁极的长宽比提高基波磁密的极弧系数优化技术通常具有很大的局限性，在功能上不能在提高电磁转矩输出的同时降低转矩脉动；在通用性上不同尺寸电机的最佳极弧系数差异较大，对电机加工设计方面具有较大困难；

第二种，通过改变不同充磁方向磁极的形状优化气隙磁密谐波的异形优化方法可以抑制转矩脉动，但与此同时会大幅降低电磁转矩的输出，在大功率高精度的精细加工领域上这种方法的应用有较大局限；

第三种，通过切割气隙侧永磁阵列表面来优化气隙侧磁场分布的磁极切割技术改善气隙磁密的分布特性，但是气隙侧的相对磁阻明显加大，会导致磁极利用率下降，电磁转矩输出性能变差等缺点。在加工方面，电机磁极材质较脆，异形表面的磁极需要特殊的模具制备，制作成本较高，不利于大范围生产。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种的Halbach磁极阵列结构，具有更好的磁屏蔽效果，降低了背铁质量，并且在不增加永磁体体积的情况下，既提高了电磁输出转矩性能，又降低了电磁转矩的脉动。

本发明的第二个目的是提供一种应用该Halbach磁极阵列结构的内转子。

本发明的第三个目的是提供一种应用该Halbach磁极阵列结构的永磁同步电机。

为了实现上述第一个目的，本发明采用了以下方案：

一种Halbach磁极阵列结构，其由多个磁路闭合的磁极构型单元呈圆环状拼接构成，相邻的两个所述磁极构型单元的磁路走势方向相反，所述磁极构型单元包括两个横截面为类等腰三角形的第一磁极、两个横截面为类直角梯形的第二磁极和一个横截面为类矩形的第三磁极，所述第一磁极的顶角指向圆心，所述第一磁极的腰边侧面与所述第二磁极的倾斜侧面拼合，所述第三磁极的直角侧面与所述第二磁极的直角侧面拼合；

同一个所述磁极构型单元中，当所述第三磁极的充磁方向为顺时针切线方向充磁时，位于所述第三磁极逆时针方向一侧的所述第一磁极的磁极方向为指向圆心充磁，位于所述第三磁极逆时针方向一侧的所述第二磁极的磁极方向相对所述第三磁极的充磁方向顺时针偏转 45度，位于所述第三磁极顺时针方向一侧的所述第一磁极的磁极方向为背向圆心充磁，位于所述第三磁极顺时针方向一侧的所述第二磁极的磁极方向相对所述第三磁极的充磁方向逆时针偏转45度；