CN113300567B - 一种基于改进Halbach磁化的电机 - Google Patents
一种基于改进Halbach磁化的电机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113300567B CN113300567B CN202110662452.6A CN202110662452A CN113300567B CN 113300567 B CN113300567 B CN 113300567B CN 202110662452 A CN202110662452 A CN 202110662452A CN 113300567 B CN113300567 B CN 113300567B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stator
- permanent magnet
- motor
- rotor
- teeth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
- H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
- H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
- H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Linear Motors (AREA)
Abstract
本发明公开一种基于改进Halbach磁化的电机，电机包括动子和定子，动子位于定子的上方，动子与定子之间设有气隙，动子包括动子铁芯和绕组，定子包括定子背铁和定子永磁体，所述动子铁芯包括轭部和齿部，齿部包括用于优化端部效应、减小定位力的影响的辅助齿。本发明电机通过将Ha l bach充磁阵列、永磁体混合结构的使用、圆弧齿和辅助齿结构引入来克服传统直线电机的难题，提高了整个直线电机的推力和力密度，大大降低了直线电机的定位力，优化了端部效应；圆弧齿的使用除了可以降低定位力以外，还优化了气隙磁场，降低了气隙磁场的谐波含量；混合永磁体结构的使用使得电机整体的推力得到了提高，同时这种结构便于安装和固定。
Description
技术领域
本发明涉及电机领域，具体是一种基于改进Halbach磁化的电机。
背景技术
直线电机作为一种直接实现直线运动的制动器，目前被广泛的使用在高精密度数控机床和波浪发电等领域。与传统的旋转电机再转换成直线运动的装置相比，它具有体积小、效率高等特点。目前对直线电机的研究主要集中在传统径向充磁的结构以及Halbach充磁的结构，但两者的推力和力密度都需要进一步的提高，而且定位力的影响较大。
文献IEEE Transactions on Magnetics，57(2)：1-5，2021(A Novel TrackStructure of Double-Sided Linear PM Synchronous Motor for Low Cost and HighForce Density Applications)介绍了一种用于轨道交通的新的无铁芯永磁直线电机，相比于传统的无铁心双面永磁直线电机，永磁体的用量减少了一般，结构和原理类似于磁阻式电机，其齿部是由永磁材料和非永磁材料相间组成，相比于传统的直线电机，减少了电机的成本，相对性的提高了电机的力密度，但是本专利所提出的结构相比依然存在推力小，成本高等问题。
文献IEEE Transactions on Magnetics，53(11)：1-4，2017(A Novel StructureSingle-Phase Tubular Switched Reluctance Linear Motor)介绍了一种磁阻式直线电机，虽然结构采用的是圆筒式的，推力比平板式的磁阻直线电机有一定的提高，但是效率、功率因数、体积以及推力较永磁式的都要小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于改进Halbach磁化的电机，通过辅助齿的使用来降低端部效应，减小定位力；旨在通过halbach充磁方式和不同永磁体组合使用来提高电机的推力；旨在通过圆弧齿的结构来构成阶梯型气隙从而降低定位力。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于改进Halbach磁化的电机，电机包括动子和定子，动子位于定子的上方，动子与定子之间设有气隙，动子包括动子铁芯和绕组，定子包括定子背铁和定子永磁体，所述动子铁芯包括轭部和齿部，齿部包括用于优化端部效应、减小定位力的影响的辅助齿。
进一步的，所述轭部和齿部均为长方体形状，同时两者的厚度均需满足磁饱和的影响，齿部位于轭部的下方。
进一步的，所述齿部包括阵列分布的圆弧齿，圆弧齿位于辅助齿之间，辅助齿和圆弧齿的一端均固定在轭部的下方，另一端均设有弧形端部，弧形端部用于降低定位力和电压总谐波失真度。
进一步的，所述辅助齿分别位于轭部的两端；圆弧齿之间以及圆弧齿与辅助齿之间形成放置槽。
进一步的，所述绕组采用铜线材料，按照A+A-B+B-C+C-的顺序依次放置于放置槽内，槽满率小于等于0.6，绕组的线径l和槽的面积As的关系需要满足
其中n是绕组的匝数。
进一步的，所述定子背铁为长方体形状，定子背铁上设有卡合槽，定子背铁的厚度也需要考虑磁饱和度。
进一步的，所述定子永磁体包括径向充磁的第一永磁体和轴向充磁的第二永磁体，定子永磁体采用Halbach充磁方式，第一永磁体为凸极永磁体，第一永磁体包括突出部，第一永磁体通过突出部与卡合槽配合，第二永磁体为矩形。
进一步的，所述定子永磁体采用剩磁强的稀土永磁材料。
进一步的，所述电机为感应式平板直线电机、磁通切换电机或磁场调制电机。
进一步的，所述动子铁芯和定子背铁均为具备刚度的导磁性材料。
本发明的有益效果：
1、本发明电机的推力比传统的模型要高接近14％，在电机结构一致的情况下；然后采用的Halbach充磁阵列及永磁体混合结构的使用能有效的提高电机的出力，降低定位力；最后提出的圆弧齿和辅助齿结构也有助于优化端部效应、降低定位力；
2、本发明电机通过将Halbach充磁阵列、永磁体混合结构的使用、圆弧齿和辅助齿结构引入来克服传统电机的难题，提高了整个电机的推力和力密度，大大降低了电机的定位力，优化了端部效应；
3、本发明电机圆弧齿的使用除了可以降低定位力以外，还优化了气隙磁场，降低了气隙磁场的谐波含量；混合永磁体结构的使用使得电机整体的推力得到了提高，同时这种结构便于安装和固定。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明电机结构示意图；
图2是本发明电机部分结构示意图；
图3是本发明动子铁芯结构示意图；
图4是本发明图1中A处放大结构示意图；
图5是本发明定子背铁结构示意图；
图6是本发明第一永磁体结构示意图；
图7是本发明电机与传统halbach充磁阵列的普通电机的推力对比曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于改进Halbach磁化的电机，电机包括动子和定子，如图1、图2所示，动子位于定子的上方，动子与定子之间设有气隙5，动子包括动子铁芯1和绕组2，定子包括定子背铁3和定子永磁体4；
动子铁芯1由一种具备一定刚度的导磁性材料构成，如图3所示,动子铁芯1包括轭部11和齿部，轭部11和齿部均为长方体形状，同时两者的厚度均需满足磁饱和的影响，齿部位于轭部11的下方，齿部包括阵列分布的圆弧齿12和对称分布的辅助齿13，圆弧齿12位于辅助齿13之间，辅助齿13和圆弧齿12的一端均固定在轭部11的下方，另一端均设有弧形端部14，弧形端部14用于降低定位力和电压总谐波失真度，同时辅助齿13用于优化端部效应，减小定位力的影响；
辅助齿13分别位于轭部11的两端；弧形端部14用于降低定位力和电压总谐波失真度，辅助齿13用于优化端部效应，减小定位力的影响；圆弧齿12之间以及圆弧齿12与辅助齿13之间形成放置槽；
绕组2采用铜线材料，按照A+A-B+B-C+C-的顺序依次放置于放置槽内，槽满率小于等于0.6，绕组2的线径l和槽的面积As的关系需要满足
其中n是绕组2的匝数；
定子背铁3由一种具备一定刚度的导磁性材料构成，定子背铁3为长方体形状，定子背铁3上设有卡合槽31，如图5所示，同时定子背铁3的厚度也需要考虑磁饱和度；
定子永磁体4包括径向充磁的第一永磁体41和轴向充磁的第二永磁体42，定子永磁体4采用Halbach充磁方式，第一永磁体41为凸极永磁体，第一永磁体41包括突出部411，如图4、图6所示，第一永磁体41通过突出部411与卡合槽31配合，便于安装和固定定子永磁体4，降低误差；第二永磁体42为矩形，辅助增加气隙磁场，相对于传统的平板电机更加利于增加电机的推力，同时也不增加加工和安装的难度；定子永磁体4采用钕铁硼等剩磁强的稀土永磁材料，便于提高电机的推力。
如图7所示，为采用传统Halbach充磁方式和结构的电机的推力和本发明所提出的电机的推力对比曲线图，从图中可以看出在保持其他参数不变的情况下，本发明提出的电机的推力提高了14％。
所述绕组2当然也可以是其他导电性好的材料，同时绕组2的排列和连接方式也可以采用现有的其他方式，本专利给出的只是其中一种。
优选的，所述径向充磁的永磁体和轴向充磁的永磁体不仅可以采用一样的永磁材料，也可以采用不同的永磁材料，而且，不同的永磁材料的组合会降低电机的成本。
优选的，永磁体的结构和充磁方式不仅适用于感应式平板直线电机，也是适用于其他的种类的永磁电机，例如：磁通切换电机、磁场调制电机等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (6)
1.一种基于改进Halbach磁化的电机，电机包括动子和定子，动子位于定子的上方，动子与定子之间设有气隙(5)，动子包括动子铁芯(1)和绕组(2)，定子包括定子背铁(3)和定子永磁体(4)，其特征在于，所述动子铁芯(1)包括轭部(11)和齿部，齿部包括用于优化端部效应、减小定位力的影响的辅助齿(13)；
所述轭部(11)和齿部均为长方体形状，同时两者的厚度均需满足磁饱和的要求，也不会造成磁过饱和，齿部位于轭部(11)的下方；
所述齿部包括阵列分布的圆弧齿(12)，圆弧齿(12)位于辅助齿(13)之间，辅助齿(13)和圆弧齿(12)的一端均固定在轭部(11)的下方，另一端均设有弧形端部(14)，弧形端部(14)用于降低定位力和电压总谐波失真度；
所述定子永磁体(4)包括径向充磁的第一永磁体(41)和轴向充磁的第二永磁体(42)，定子永磁体(4)采用Halbach充磁方式，第一永磁体(41)为凸极永磁体，第一永磁体(41)包括突出部(411)，第一永磁体(41)通过突出部(411)与卡合槽(31)配合，第二永磁体(42)为矩形；
所述辅助齿(13)分别位于轭部(11)的两端；圆弧齿(12)之间以及圆弧齿(12)与辅助齿(13)之间形成放置槽。
2.根据权利要求1所述的一种基于改进Halbach磁化的电机,其特征在于，所述绕组(2)采用铜线材料，按照A+A-B+B-C+C-的顺序依次放置于放置槽内，槽满率小于等于0.6，绕组(2)的线径l和槽的面积As的关系需要满足
其中n是绕组(2)的匝数。
3.根据权利要求1所述的一种基于改进Halbach磁化的电机,其特征在于，所述定子背铁(3)为长方体形状，定子背铁(3)上设有卡合槽(31)，定子背铁(3)的厚度也需满足磁饱和的要求，同时不会造成磁过饱和。
4.根据权利要求1所述的一种基于改进Halbach磁化的电机,其特征在于，所述定子永磁体(4)采用剩磁强的稀土永磁材料。
5.根据权利要求1所述的一种基于改进Halbach磁化的电机,其特征在于，所述电机为感应式平板直线电机、磁通切换电机或磁场调制电机。
6.根据权利要求1所述的一种基于改进Halbach磁化的电机,其特征在于，所述动子铁芯(1)和定子背铁(3)均为具备刚度的导磁性材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110662452.6A CN113300567B (zh) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | 一种基于改进Halbach磁化的电机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110662452.6A CN113300567B (zh) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | 一种基于改进Halbach磁化的电机 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113300567A CN113300567A (zh) | 2021-08-24 |
| CN113300567B true CN113300567B (zh) | 2022-09-20 |
Family
ID=77328331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110662452.6A Active CN113300567B (zh) | 2021-06-15 | 2021-06-15 | 一种基于改进Halbach磁化的电机 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113300567B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113765241A (zh) * | 2021-09-23 | 2021-12-07 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 一种用于常导磁悬浮的定子铁芯及直线同步电动机 |
| CN114172343B (zh) * | 2021-12-10 | 2023-03-24 | 合肥工业大学 | 基于气隙磁通密度波形正弦化设计的混合式磁极直线电机 |
| CN114244061A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-25 | 东莞市泰莱自动化科技有限公司 | 一种可降低推力波动的直线电机 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4522192B2 (ja) * | 2003-08-29 | 2010-08-11 | 山洋電気株式会社 | リニアモータ |
| JP5294762B2 (ja) * | 2008-09-01 | 2013-09-18 | 三菱電機株式会社 | リニアモータ |
| CN205123536U (zh) * | 2015-11-30 | 2016-03-30 | 河南理工大学 | 凸极halbach复合永磁旋转电机 |
| CN108258877B (zh) * | 2018-02-05 | 2019-10-11 | 东南大学 | 一种基于定子弧形与内阶梯型混合结构的永磁直线电机 |
| CN110545023A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-12-06 | 同济大学 | 一种用于轨道交通的分段无铁芯长定子永磁直线同步电机 |
-
2021
- 2021-06-15 CN CN202110662452.6A patent/CN113300567B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113300567A (zh) | 2021-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113300567B (zh) | 一种基于改进Halbach磁化的电机 | |
| CN202384969U (zh) | 一种具有高功率密度的混合励磁同步电机 | |
| CN107769502B (zh) | 一种转子永磁型混合励磁轴向磁通切换永磁电机 | |
| CN109378918A (zh) | 一种直流偏置电流型定转子双永磁游标电机 | |
| Zeng et al. | Investigation of an asymmetrical rotor hybrid permanent magnet motor for approaching maximum output torque | |
| CN111064333A (zh) | 一种有效永磁极数可调的轴向磁场磁通切换永磁电机 | |
| CN113014009B (zh) | 永磁体串并联式变磁路可调磁通电机 | |
| CN101009454A (zh) | 一种双边平板形三相直线永磁同步电机 | |
| CN113437849B (zh) | 一种双转子单定子轴向磁通混合励磁电机 | |
| Luo et al. | Development of a consequent pole transverse flux permanent magnet linear machine with passive secondary structure | |
| Zhao et al. | Analysis of a novel surface-mounted permanent magnet motor with hybrid magnets for low cost and low torque pulsation | |
| CN112467951A (zh) | 一种双定子交替极无刷混合励磁电机 | |
| CN109039002A (zh) | 一种永磁体内置式游标永磁直线电机 | |
| CN111404290A (zh) | 一种集中绕组横向磁通永磁同步电机 | |
| Zhang et al. | Rediscovery of permanent magnet flux-switching machines applied in EV/HEVs: Summary of new topologies and control strategies | |
| CN108258820B (zh) | 一种非重叠绕组齿槽型双转子永磁同步电机 | |
| CN113659787B (zh) | 一种用于电动汽车的五相轴向磁通永磁电机 | |
| CN112398302B (zh) | 一种宽调速范围混合励磁同步电机 | |
| CN112491231B (zh) | 一种混合励磁凸极分块转子开关磁通电机 | |
| CN114785081A (zh) | 一种交替极串联磁路混合永磁记忆电机 | |
| CN112311181A (zh) | 一种分割定子磁场可调盘式电机 | |
| CN113364176A (zh) | 一种用于抽水蓄能的六相轴向磁通永磁电机 | |
| CN202957734U (zh) | 一种v型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机 | |
| CN102868276B (zh) | 一种v型径向磁场式定子斜槽混合励磁发电机 | |
| CN103618391A (zh) | 一种十极十二槽的永磁无刷电动机 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |