CN112992473B - 一种用于Halbach磁体交叉充磁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于Halbach磁体交叉充磁装置，包括充磁储线单元，所述充磁储线单元包括X轴绕线柱，在所述X轴绕线柱上设置有与所述X轴绕线柱垂直的Y轴绕线柱；所述X轴绕线柱与所述Y轴绕线柱相交处设置有容置空间；本发明装置根据电机磁路和磁场设计需求，精准完成电机磁体充磁性能，可实现永磁体的单向、双向充磁和交叉性充磁，调控电机磁路复杂性，精准控制充磁方向和磁场大小，监控磁场充磁效果，满足电机复杂磁场设计需求。特别本发明更适合于实现各种结构Halbach磁体充磁，更好地实现Halbach结构聚磁性效果，提供永磁体的利用率，为电机提高功率密度和降成本提供可靠保证。

Description

一种用于Halbach磁体交叉充磁装置

技术领域

本发明属于永磁同步电机转子所用永磁体充磁装置，特别涉及一种用于Halbach磁体交叉充磁装置。

背景技术

Halbach磁体优点突出，充磁成为了难点，传统电机充磁方式为：平行充磁或径向充磁，平行充磁容易实现，但缺点：基波含量低、反向漏磁大、永磁体材料利用率低；径向充磁较难实现，有限元仿真结果与平行充磁相似。为了降低漏磁和提高电机运行效率，改善磁路结构，永磁同步电机转子磁钢中应用Halbach磁体，可实现气隙磁场正弦分布、减弱侧磁密和减少轭铁厚度。

基于以上问题，设计一种满足Halbach磁体充磁要求，并具有双向充磁方向的装置，成了亟待解决的行业关键性前沿技术问题。

本发明主要解决Halbach磁体充磁问题，装置结构简单，容易实现，成本低。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有用于Halbach磁体交叉充磁装置存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供一种用于Halbach磁体交叉充磁装置。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：充磁储线单元，所述充磁储线单元包括X轴绕线柱，在所述X轴绕线柱上设置有与所述X轴绕线柱垂直的Y轴绕线柱；

所述X轴绕线柱与所述Y轴绕线柱相交处设置有容置空间。

作为本发明所述用于Halbach磁体交叉充磁装置的一种优选方案，其中：所述X轴绕线柱与所述Y轴绕线柱上均缠绕有充磁线圈，其中所述X轴绕线柱包括X正轴侧以及X负轴侧，所述Y轴绕线柱包括Y正轴侧以及Y负轴侧。

作为本发明所述用于Halbach磁体交叉充磁装置的一种优选方案，其中：所述X正轴侧、X负轴侧、Y正轴侧、Y负轴侧上的所述充磁线圈两端均设置有输入端。

作为本发明所述用于Halbach磁体交叉充磁装置的一种优选方案，其中：所述输入端与充磁电源进行连接，在所述充磁储线单元上设置有充磁控制单元以及充磁监控单元。

作为本发明所述用于Halbach磁体交叉充磁装置的一种优选方案，其中：所述充磁监控单元包括上位控制模块、温度监控模块以及磁场强度监控模块，所述温度监控模块设置在所述X轴绕线柱以及所述Y轴绕线柱上，所述磁场强度监控模块同样设置在所述X轴绕线柱以及所述Y轴绕线柱上。

作为本发明所述用于Halbach磁体交叉充磁装置的一种优选方案，其中：所述充磁控制单元一侧与所述充磁电源连接，另一侧与所述充磁储线单元进行连接。

作为本发明所述用于Halbach磁体交叉充磁装置的一种优选方案，其中：所述上位控制模块与所述充磁控制单元之间为交互式连接。

作为本发明所述用于Halbach磁体交叉充磁装置的一种优选方案，其中：所述上位控制模块采用上位机，所述充磁控制单元为DSP单片机。

作为本发明所述用于Halbach磁体交叉充磁装置的一种优选方案，其中：所述温度监控模块为温度传感器，并且其与所述充磁控制单元进行连接，所述磁场强度监控模块为磁场强度传感器，其与所述充磁控制单元进行连接。

作为本发明所述用于Halbach磁体交叉充磁装置的一种优选方案，其中：所述充磁控制单元与所述监控单元之间为无线通讯连接。

本发明的有益效果：本发明装置根据电机磁路和磁场设计需求，精准完成电机磁体充磁性能，可实现永磁体的单向、双向充磁和交叉性充磁，调控电机磁路复杂性，精准控制充磁方向和磁场大小，监控磁场充磁效果，满足电机复杂磁场设计需求；特别本发明更适合于实现各种结构Halbach磁体充磁，更好地实现Halbach结构聚磁性效果，提供永磁体的利用率，为电机提高功率密度和降成本提供可靠保证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明用于Halbach磁体交叉充磁装置的充磁储线单元结构示意图。

图2为本发明用于Halbach磁体交叉充磁装置的整体结构示意图。

图3为本发明用于Halbach磁体交叉充磁装置的结构连接关系示意图。

图4为本发明用于Halbach磁体交叉充磁装置所述的充磁储线单元充磁原理示意图。

图5为本发明用于Halbach磁体交叉充磁装置所述的充磁储线单元X正轴方向充磁原理示意图。

图6为本发明用于Halbach磁体交叉充磁装置所述的充磁储线单元X负轴方向充磁原理示意图。

图7为本发明用于Halbach磁体交叉充磁装置所述的充磁储线单元Y正轴方向充磁原理示意图。

图8为本发明用于Halbach磁体交叉充磁装置所述的充磁储线单元Y负轴方向充磁原理示意图。

图9为本发明用于Halbach磁体交叉充磁装置所述的充磁储线单元XY轴方向充磁原理示意图。

图10为本发明用于Halbach磁体交叉充磁装置所述的充磁储线单元三向充磁原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例1

参照图1，提供了一种用于Halbach磁体交叉充磁装置的整体结构示意图，如图1，一种用于Halbach磁体交叉充磁装置包括充磁储线单元100，充磁储线单元100包括X轴绕线柱101，在X轴绕线柱101上设置有与X轴绕线柱101垂直的Y轴绕线柱102；X轴绕线柱101与Y轴线柱102相交处设置有容置空间103，其中X轴绕线柱101与Y轴绕线柱102互相垂直构成一个二维方向的坐标系，并用于缠绕充磁线圈104，从而构成一个二维方向的磁场，而容置空间103的作用则是用于放置被充磁体，因其处于充磁磁场的原点位置，因此其可以接受来自整个二维磁场多个方向的充磁，从而提升其充磁效率，降低漏磁，能够更好地接近有限元仿真的效果。

实施例2

参照图1，提供了一种用于Halbach磁体交叉充磁装置的整体结构示意图，如图1，一种用于Halbach磁体交叉充磁装置包括充磁储线单元100，充磁储线单元100包括X轴绕线柱101，在X轴绕线柱101上设置有与X轴绕线柱101垂直的Y轴绕线柱102；X轴绕线柱101与Y轴线柱102相交处设置有容置空间103，其中X轴绕线柱101与Y轴绕线柱102互相垂直构成一个二维方向的坐标系，并用于缠绕充磁线圈104，从而构成一个二维方向的磁场，而容置空间103的作用则是用于放置被充磁体，因其处于充磁磁场的原点位置，因此其可以接受来自整个二维磁场多个方向的充磁，从而提升其充磁效率，降低漏磁，能够更好地接近有限元仿真的效果。

具体的，本发明主体结构包括与充磁储线单元100连接的充磁电源200，充磁电源200与充磁控制单元300进行连接，并经充磁控制单元300与充磁储线单元100进行供电，充磁电源200的一种优选方案是采用24直流电源，其主要作用为对整个Halbach磁体交叉充磁装置进行供电，其次，充磁控制单元300的一种优选方案是采用DSP28335单片机，其主要作用是结合充磁监控单元400对整个充磁储线单元100进行一个信息的采集然后经过实时控制指令对整个充磁电源200的电流大小进行一个调控，从而使得整个充磁储线单元100的磁场强度与被充磁体的自身磁场强度保持一致，从而保证不会因充磁磁场的强度过强或过弱导致充磁过程中造成的能源浪费以及效率过低等问题的出现。

进一步的，充磁监控单元400包括了上位控制模块401温度监控模块402以及磁场强度监控模块403，其中上位控制模块401与充磁控制模块300连接，其连接方式可以是无线连接也可以是有线连接方式，上位控制模块401得一种优选方案是采用上位机与充磁控制模块300进行连接，其主要作用是针对充磁控制模块300所给的信息通过显示界面显示给操作人员，操作人员依据被充磁体磁场强度信息通过458通信模式设定X/Y线圈电流大小和温度保护值并对充磁控制模块300进行指令下发，从而通过充磁控制模块300对充磁储线单元100的电流大小进行控制；其次温度监控模块402与磁场强度监控模块403安装在充磁储线单元300上，其可以对充磁储线单元100的温度及磁场强度进行一个监控，然后将信息传输给充磁控制模块300，充磁控制模块300会将信息反馈给上位控制模块401，从而使得操作人员可以实时监控充磁储线线圈100的充磁情况，温度监控模块402的一种优选方案是采用温度传感器，其主要作用是监控充磁储线单元100的温度变化，因为被充永磁体在充磁达到饱和的情况下，其会发热，而温度传感器的作用则是就为了监控其温度变化，从而将监控到的温度信息传输给充磁控制模块300，然后充磁控制模块300根据得的温度信息以及提前在上位机中设定的X/Y线圈电流大小以及温度保护值去控制充磁电源200的电流输出大小，从而去决定是否对其进行充磁，磁场强度监控模块403的一种优选方案是磁场强度感应器，其可以感应充磁储线单元300的磁场强度从而将磁场强度信息传输给充磁控制单元300，然后充磁控制单元300可以依据提前在上位机中设定的被充磁体的磁场强度大小对充磁储线单元300的输入电流进行大小控制，从而调整充磁储线单元300的磁场强度与被充磁体的磁场强度进行匹配，从而达到更好地充磁效果。

更进一步的是，X轴绕线柱101与Y轴绕线柱102还各自包括X正轴侧101a、X负轴侧101b与Y正轴侧102a、Y负轴侧102b，每一个绕线柱上均缠绕有充磁线圈104，且在每段充磁线圈104的两端均设置有输入端104a，充磁电源200的电流输入由此输入，在每一个半轴绕线柱上设置有输入端104a的效果是，可以根据被充磁体的磁场方向针对性的调整充磁储线单元300的磁场方向，可以单一的从其中一个半轴上的线圈进行电流输入，亦可以从多个半轴进行电流输入从而达到磁场与被充磁体磁场方向一致的效果。

具体的工作原理如下：根据被充磁体设计要求，通过改变X/Y线圈电流大小来调节X/Y线圈磁场强度，可在监控单元设定X/Y线圈电流大小和温度保护值，通过485通信方式输入充磁控制单元，充磁单元根据监控单元数据输出的X/Y线圈电流大小和磁场强度，监控电流大小和线圈温度。X/Y线圈电流的大小可控，从而X/Y方向的磁场强度可调，可根据具体需求对磁体进行充磁。通过改变X和Y方向的正轴和负轴通电流方向来改变充磁的方向，满足各种Halbach磁体的充磁需求。

实施例3

对照实验，将本发明中的交叉充磁装置与传统的径向充磁方式以及平行充磁装置对相同的Halbach磁体进行充磁。

具体的，首先将Halbach磁体进行消磁处理，然后采用磁测量仪确认完全消磁，然后首先使用平行充磁装置对其进行充磁并记录其磁化强度；

进一步的，对该Halbach磁体再次进行消磁处理，然后采用磁测量仪确认完全消磁，然后首先使用径向充磁方式对其进行充磁并记录其磁化强度；

最后，对该Halbach磁体再次进行消磁处理，然后采用磁测量仪确认完全消磁，然后首先使用交叉充磁装置对其进行充磁并记录其磁化强度。

经过对比可以发现，使用交叉充磁装置能达到的磁化强度明显优于其他两种充磁方式，并且采用交叉充磁装置充磁后的磁化效果更加均衡，且其有限元仿真结果更加接近理想状态下的有限元仿真结果。

具体的试验数据如表1所示：

充磁方式	横向充磁装置	径向充磁方式	交叉充磁装置
				磁化强度	352.82emu/g	370.69emu/g	452.03emu/g

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用于Halbach磁体交叉充磁装置，其特征在于：包括，

充磁储线单元(100)，所述充磁储线单元(100)包括X轴绕线柱(101)，在所述X轴绕线柱(101)上设置有与所述X轴绕线柱(101)垂直的Y轴绕线柱(102)；

所述X轴绕线柱(101)与所述Y轴绕线柱(102)相交处设置有容置空间(103)；

所述X轴绕线柱(101)与所述Y轴绕线柱(102)上均缠绕有充磁线圈(104)，其中所述X轴绕线柱(101)包括X正轴侧(101a)以及X负轴侧(101b)，所述Y轴绕线柱(102)包括Y正轴侧(102a)以及Y负轴侧(102b)；

所述X正轴侧(101a)、X负轴侧(101b)、Y正轴侧(102a)、Y负轴侧(102b)上的所述充磁线圈(104)两端均设置有输入端(104a)；

在所述充磁储线单元(100)上设置有充磁控制单元(300)以及充磁监控单元(400)，所述输入端(104a)与所述充磁控制单元(300)连接，所述充磁控制单元(300)与充磁电源(200)进行连接；

所述充磁监控单元(400)包括上位控制模块(401)、温度监控模块(402)以及磁场强度监控模块(403)，所述温度监控模块(402)设置在所述X轴绕线柱(101)以及所述Y轴绕线柱(102)上，所述磁场强度监控模块(403)同样设置在所述X轴绕线柱(101)以及所述Y轴绕线柱(102)上；

所述充磁控制单元(300)一侧与所述充磁电源(200)连接，另一侧与所述充磁储线单元(100)进行连接；

所述装置的充磁方法为：

充磁控制单元对整个充磁储线单元进行一个信息的采集然后经过实时控制指令对整个充磁电源的电流大小进行一个调控；

使得整个充磁储线单元的磁场强度与被充磁体的自身磁场强度保持一致；

上位控制模块对充磁控制模块所给的信息通过显示界面显示给操作人员；

操作人员依据被充磁体磁场强度信息设定X/Y线圈电流大小和温度保护值并对充磁控制模块进行指令下发，从而通过充磁控制模块对充磁储线单元的电流大小进行控制；

温度监控模块与磁场强度监控模块对充磁储线单元的温度及磁场强度进行监控，将信息传输给充磁控制模块，充磁控制模块会将信息反馈给上位控制模块，从而使得操作人员可以实时监控充磁储线线圈的充磁情况；

将监控到的温度信息传输给充磁控制模块，然后充磁控制模块根据得的温度信息以及提前在上位机中设定的X/Y线圈电流大小以及温度保护值去控制充磁电源的电流输出大小；

磁场强度监控模块感应充磁储线单元的磁场强度从而将磁场强度信息传输给充磁控制单元，充磁控制单元可以依据提前在上位机中设定的被充磁体的磁场强度大小对充磁储线单元的输入电流进行大小控制，从而调整充磁储线单元的磁场强度与被充磁体的磁场强度进行匹配；

根据被充磁体的磁场方向针对性的调整充磁储线单元的磁场方向。

2.如权利要求1所述的用于Halbach磁体交叉充磁装置，其特征在于：所述上位控制模块(401)与所述充磁控制单元(300)之间为交互式连接。

3.如权利要求2所述的用于Halbach磁体交叉充磁装置，其特征在于：所述上位控制模块(401)采用上位机，所述充磁控制单元(300)为DSP28335单片机。

4.如权利要求3所述的用于Halbach磁体交叉充磁装置，其特征在于：所述温度监控模块(402)为温度传感器，并且其与所述充磁控制单元(300)进行连接，所述磁场强度监控模块(403)为磁场强度传感器，其与所述充磁控制单元(300)进行连接。

5.如权利要求4所述的用于Halbach磁体交叉充磁装置，其特征在于：所述充磁控制单元(300)与所述监控单元(400)之间为无线通讯连接。

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