[发明专利]采用不均匀分段Halbach阵列的永磁电机磁场计算方法

摘要

本发明涉及一种采用不均匀分段Halbach永磁体阵列的永磁电机磁场计算方法，包括：确定求解区域；针对不同的求解区域，分别建立拉普拉斯方程或泊松方程；计及分段式Halbach永磁体阵列中每极下磁块的不均匀分段及磁块之间的间隙，求解永磁体剩余磁化强度各次谐波下的径向及切向分量幅值；对所建立的拉普拉斯方程及泊松方程进行求解，得到求解区域内的标量磁位的表达式，进而得到各个区域磁密的径向分量及切向分量。本发明可对具有任意极对数、任意每极磁块数及每极下磁块不均匀分段时的内外转子分段式Halbach阵列永磁电机的磁场进行准确计算，同时可研究每极下磁块不均匀分段与磁块之间间隙对电机磁场的耦合影响。

主权项

1.一种采用不均匀分段Halbach阵列的永磁电机磁场计算方法，包括下列步骤：第一步：确定求解区域：建立采用不均匀分段Halbach永磁体阵列的永磁电机的物理模型，在电机的物理模型中从里到外定义四个圆周位置，其半径分别为R_i、R_mi、R_mo及R_o，利用极坐标系下的半径坐标r来划分各个区域，其中，r<R_i及r>R_o的区域由铁磁材料组成，R_i<r<R_mi及R_mo<r<R_o的区域为空气，若电机为内转子电机，永磁体内径为R_mi，永磁体外径为R_mo，定子内径为R_o，此时R_mo<r<R_o的区域为有效气隙区域，R_mi<r<R_mo为不均匀分段式Halbach永磁体阵列区域，定子铁心由铁磁材料组成，当R_i＝R_mi时，转子铁心由铁磁材料组成，当R_i→0时，转子铁心由非铁磁材料组成；若电机为外转子电机，定子外径为R_i，永磁体内径为R_mi，永磁体外径为R_mo，此时R_i<r<R_mi的区域为有效气隙区域，R_mi<r<R_mo为不均匀分段式Halbach永磁体阵列区域，定子铁心由铁磁材料组成，同时当R_o＝R_mo时，转子铁心由铁磁材料组成，当R_o→∞时，转子铁心由非铁磁材料组成。第二步：针对不同的求解区域，分别建立拉普拉斯方程或泊松方程：在有效气隙区域建立拉普拉斯方程在不均匀分段式Halbach阵列永磁体区域建立泊松方程其中，为有效气隙区域的标量磁位，为不均匀分段式Halbach阵列永磁体区域的标量磁位，M为剩余磁化强度矢量，μ_r为永磁体的相对磁导率，方程中的r代表极坐标系下的半径坐标，θ代表极坐标系下的角坐标；第三步：计及分段式Halbach阵列中每极下磁块的不均匀分段及磁块之间的间隙，计算永磁体剩余磁化强度径向分量及切向分量，对其进行傅里叶分解得到各次谐波下的径向及切向分量幅值M_rn及M_θn，下标rn及θn分别代表n次谐波径向分量及n次谐波切向分量；第四步：根据空气与铁磁材料和空气与永磁体交界面处的边界条件，即在空气与铁磁材料的交界面处，磁场强度H只有径向分量而切向分量为0；在空气与永磁体的交界面处，磁场强度H的切向分量相等；在空气与永磁体的交界面处，磁感应强度B的径向分量相等，结合第三步得到的剩余磁化强度n次谐波下的径向及切向分量的幅值M_rn及M_θn，对第二步所建立的拉普拉斯方程及泊松方程进行求解，得到求解区域内的标量磁位的表达式，进而得到各个区域磁密的径向分量及切向分量。