CN115313718A - 一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机 - Google Patents

一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，包括机壳、端盖、电机轴以及与转子总成和定子总成，定子总成为无磁轭模块化结构；定子总成套设于电机轴外侧且固定于机壳上，转子总成包括对称设置于定子总成两端且极性相反的第一永磁体和第二永磁体，第一永磁体与定子总成之间以及第二永磁体与定子总成之间均形成气隙；第一永磁体和第二永磁体均为多层环状结构。本发明采用上述结构的分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，可在不牺牲电机电磁转矩的基础上，通过将不同主辅磁极比例的Halbach阵列永磁体单元环组合，削弱定子无磁轭模块化轴向磁通电机齿槽转矩，降低转矩脉动。

Description

一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机
技术领域
本发明涉及一种轴向磁通电机技术，尤其涉及一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机。
背景技术
电机作为一种执行元件已成为实现工业自动化生产不可或缺的关键元素。长期以来，径向磁通电机在传统工业领域占据主导地位，而随着工业自动化与智能化的纵深发展，传统径向电机轴向长度长、功率密度低等劣势愈加突出。
与常规径向电机相比，轴向磁通电机具有体积小、重量轻、结构紧凑、功率密度高等特点，尤其适用于空间尺寸受限的场合，从而使其在数控机床、工业机器人、雷达跟踪等领域具有广泛的应用前景。
定子无磁轭模块化轴向磁通永磁电机与其他永磁同步电机类似，定子存在齿、槽配合结构。定子齿与转子永磁体的相对位置发生改变时引起磁场能量变化，导致齿槽转矩的产生。齿槽转矩过大，会导致转矩脉动和振动噪声恶化，同时影响电机的控制精度。因此在保证电机输出电磁性能的情况下，齿槽转矩的最小化至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，可在不牺牲电机电磁转矩的基础上，通过将不同主辅磁极比例的Halbach阵列永磁体单元环组合，削弱定子无磁轭模块化轴向磁通电机齿槽转矩，降低转矩脉动。
为实现上述目的，本发明提供了一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，包括机壳、设置于所述机壳两端的端盖、转动设置于所述端盖之间的电机轴以及与所述电机轴同轴设置的转子总成和定子总成，所述定子总成为无磁轭模块化结构；
所述定子总成套设于所述电机轴外侧且固定于所述机壳上，所述转子总成包括对称设置于所述定子总成两端且极性相反的第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体与所述定子总成之间以及所述第二永磁体与所述定子总成之间均形成气隙；
所述第一永磁体和所述第二永磁体均为多层环状结构。
优选的，所述第一永磁体和所述第二永磁体均包括由外到内等距设置的多层环状永磁体，相邻两层所述环状永磁体之间紧密贴合。
优选的，所述环状永磁体由交替布置的扇形主磁极和扇形辅助磁极构成，所述扇形主磁极充磁方向与扇形辅助磁极的充磁方向垂直。
优选的，所述扇形主磁极的充磁方向为轴向，所述扇形辅助磁极的充磁方向为切向。
优选的，不同层所述环状永磁体上对应的扇形主磁极以及对应的扇形辅助磁极的充磁方向均相同。
优选的，同层所述环形永磁体上相邻两个所述扇形主磁极的充磁方向相反。
优选的，所述扇形主磁极的圆心角与所述扇形辅助磁极的圆心角之比为δ，相邻两层所述环形永磁体的δ值不同。
优选的，所述定子总成包括定子和缠绕于所述定子上的绕组；
所述定子包括沿圆周方向均匀布置的多个工型定子块，多个所述工型定子块之间经环氧树脂浇注固定；
所述工型定子块包括中部齿身和位于所述中部齿身两侧的齿靴。
优选的，所述定子的内外径处经支架和螺栓与所述机壳固定连接。
优选的，所述第一永磁体背离所述定子总成的一侧以及所述第二永磁体背离所述定子总成的一侧均经环氧树脂粘贴于转子背铁上，所述转子背铁上开设有用于穿过所述电机轴的轴孔，所述转子背铁还经螺栓与所述电机轴连接。
本发明针对传统定子无磁轭模块化轴向磁通永磁电机齿槽转矩大的问题，提出了一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，在传统Halbach永磁体阵列结构基础上提出一种分环Halbach永磁体阵列，将传统Halbach永磁体沿径向等距分环，不同主辅磁极比例的Halbach永磁体阵列单元环进行组合，从而可在不牺牲电机电磁转矩的基础上，有效削弱定子无磁轭模块化轴向磁通永磁电机齿槽转矩，使其具有较好的电磁性能，同时还可改善电机振动噪声问题，适用于高档数控机床、智能机器人等对电机可靠性及控制精度要求高的场合。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的结构示意图；
图2为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的永磁体结构示意图；
图3为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的扇形主磁极和扇形辅助磁极圆心角示意图；
图4为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的定子结构示意图；
图5为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的电机轴结构示意图；
图6为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的转子背铁结构示意图。
其中：1、机壳；2、定子；3、支架；4、端盖；5、电机轴；6、转子背铁；7、第一永磁体；8、第二永磁体；9、扇形主磁极；10、扇形辅助磁极；11、中部齿身；12、齿靴；13、轴孔。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
图1为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的结构示意图；图2为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的永磁体结构示意图；图3为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的扇形主磁极和扇形辅助磁极圆心角示意图；
图4为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的定子结构示意图；图5为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的电机轴结构示意图；图6为本发明的实施例一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机的转子背铁结构示意图，如图1-6所示，本发明的结构包括机壳1、设置于机壳1两端的端盖4、转动设置于端盖4之间的电机轴5以及与电机轴5同轴设置的转子总成和定子总成，定子总成为无磁轭模块化结构；定子总成套设于电机轴5外侧且固定于机壳1上，转子总成包括对称设置于定子总成两端且极性相反的第一永磁体7和第二永磁体8，第一永磁体7与定子总成之间以及第二永磁体8与定子总成之间均形成气隙；第一永磁体7和第二永磁体8均为多层环状结构。
具体的，第一永磁体7和第二永磁体8均包括由外到内等距设置的多层环状永磁体，相邻两层环状永磁体之间紧密贴合。优选的，环状永磁体由交替布置的扇形主磁极9和扇形辅助磁极10构成，扇形主磁极9充磁方向与扇形辅助磁极10的充磁方向垂直。优选的，扇形主磁极9的充磁方向为轴向，扇形辅助磁极10的充磁方向为切向。优选的，不同层环状永磁体上对应的扇形主磁极9以及对应的扇形辅助磁极10的充磁方向均相同。优选的，同层环形永磁体上相邻两个扇形主磁极9的充磁方向相反。优选的，扇形主磁极9的圆心角与扇形辅助磁极10的圆心角之比为δ，相邻两层环形永磁体的δ值不同，本实施例中δ＝β/γ；其中，β为扇形主磁极9对应的圆心角，γ为扇形辅助磁极10对应的圆心角。
本发明实施例以双层环结构为例进行说明，即沿转子平均半径处将90°Halbach永磁体阵列划分为两层单元环，构成内外两层永磁体。内层永磁体的扇形主磁极9与扇形辅助磁极10和外层永磁体的扇形主磁极9与扇形辅助磁极10对应同一圆心。
采用不同主辅磁极比例的内层90°Halbach阵列永磁体与外层90°Halbach阵列永磁体无缝隙紧密贴合，外层90°Halbach阵列永磁体外侧粘贴于转子背铁6内侧。
内层90°Halbach永磁体阵列扇形主磁极9对应圆心角度为β1，扇形辅助磁极10对应圆心角度为γ1；外层90°Halbach永磁体阵列扇形主磁极9对应圆心角度为β2，扇形辅助磁极10对应圆心角度为γ2。
优选的，定子总成包括定子2和缠绕于定子2上的绕组；定子2包括沿圆周方向均匀布置的多个工型定子块，多个工型定子块之间经环氧树脂浇注固定；工型定子块包括中部齿身11和位于中部齿身11两侧的齿靴12。优选的，定子2的内外径处经支架3和螺栓与机壳1固定连接。
优选的，第一永磁体7背离定子总成的一侧以及第二永磁体8背离定子总成的一侧均经环氧树脂粘贴于转子背铁6上，转子背铁6上开设有用于穿过电机轴5的轴孔13，转子背铁6还经螺栓与电机轴5连接。
工作原理：工作时，无轭模块化定子2中加载三相电流形成旋转磁场，与转子永磁体所产生的励磁磁场相互作用产生电磁转矩。分环Halbach永磁体阵列结构利用叠加原理，将各单元环电机所产生的齿槽转矩进行叠加，达到同一周期内齿槽转矩波形正负抵消的效果，从而实现削弱电机齿槽转矩的目的。
因此，本发明采用上述结构的分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，可在不牺牲电机电磁转矩的基础上，通过将不同主辅磁极比例的Halbach阵列永磁体单元环组合，削弱定子无磁轭模块化轴向磁通电机齿槽转矩，降低转矩脉动。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，包括机壳、设置于所述机壳两端的端盖、转动设置于所述端盖之间的电机轴以及与所述电机轴同轴设置的转子总成和定子总成，其特征在于：所述定子总成为无磁轭模块化结构；
所述定子总成套设于所述电机轴外侧且固定于所述机壳上，所述转子总成包括对称设置于所述定子总成两端且极性相反的第一永磁体和第二永磁体，所述第一永磁体与所述定子总成之间以及所述第二永磁体与所述定子总成之间均形成气隙；
所述第一永磁体和所述第二永磁体均为多层环状结构。
2.根据权利要求1所述的一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，其特征在于：所述第一永磁体和所述第二永磁体均包括由外到内等距设置的多层环状永磁体，相邻两层所述环状永磁体之间紧密贴合。
3.根据权利要求2所述的一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，其特征在于：所述环状永磁体由交替布置的扇形主磁极和扇形辅助磁极构成，所述扇形主磁极充磁方向与扇形辅助磁极的充磁方向垂直。
4.根据权利要求3所述的一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，其特征在于：所述扇形主磁极的充磁方向为轴向，所述扇形辅助磁极的充磁方向为切向。
5.根据权利要求4所述的一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，其特征在于：不同层所述环状永磁体上对应的扇形主磁极以及对应的扇形辅助磁极的充磁方向均相同。
6.根据权利要求5所述的一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，其特征在于：同层所述环形永磁体上相邻两个所述扇形主磁极的充磁方向相反。
7.根据权利要求6所述的一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，其特征在于：所述扇形主磁极的圆心角与所述扇形辅助磁极的圆心角之比为δ，相邻两层所述环形永磁体的δ值不同。
8.根据权利要求1所述的一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，其特征在于：所述定子总成包括定子和缠绕于所述定子上的绕组；
所述定子包括沿圆周方向均匀布置的多个工型定子块，多个所述工型定子块之间经环氧树脂浇注固定；
所述工型定子块包括中部齿身和位于所述中部齿身两侧的齿靴。
9.根据权利要求8所述的一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，其特征在于：所述定子的内外径处经支架和螺栓与所述机壳固定连接。
10.根据权利要求1所述的一种分环Halbach永磁体阵列轴向磁通永磁电机，其特征在于：所述第一永磁体背离所述定子总成的一侧以及所述第二永磁体背离所述定子总成的一侧均经环氧树脂粘贴于转子背铁上，所述转子背铁上开设有用于穿过所述电机轴的轴孔，所述转子背铁还经螺栓与所述电机轴连接。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5280209A (en) * 1989-11-14 1994-01-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Permanent magnet structure for use in electric machinery
CN101707405A (zh) * 2009-11-30 2010-05-12 哈尔滨工业大学 复合结构永磁电机的Halbach阵列外转子
CN105141057A (zh) * 2015-08-10 2015-12-09 郑永研 Halbach阵列盘式电机
CN107681854A (zh) * 2017-11-02 2018-02-09 合肥工业大学 一种轴向永磁电机
CN110048569A (zh) * 2019-04-10 2019-07-23 蚁人(苏州)机械科技有限公司 机器人用双层halbach阵列的定子无铁心伺服电机
CN211530872U (zh) * 2019-12-04 2020-09-18 广东沃顿科技有限公司 一种具有双层哈尔巴赫阵列的盘式电机
CN113809851A (zh) * 2021-09-17 2021-12-17 南京理工大学 一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机
CN114598071A (zh) * 2022-04-27 2022-06-07 合肥工业大学 优化半插入双层三段Halbach阵列永磁电机的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5280209A (en) * 1989-11-14 1994-01-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Permanent magnet structure for use in electric machinery
CN101707405A (zh) * 2009-11-30 2010-05-12 哈尔滨工业大学 复合结构永磁电机的Halbach阵列外转子
CN105141057A (zh) * 2015-08-10 2015-12-09 郑永研 Halbach阵列盘式电机
CN107681854A (zh) * 2017-11-02 2018-02-09 合肥工业大学 一种轴向永磁电机
CN110048569A (zh) * 2019-04-10 2019-07-23 蚁人(苏州)机械科技有限公司 机器人用双层halbach阵列的定子无铁心伺服电机
CN211530872U (zh) * 2019-12-04 2020-09-18 广东沃顿科技有限公司 一种具有双层哈尔巴赫阵列的盘式电机
CN113809851A (zh) * 2021-09-17 2021-12-17 南京理工大学 一种不等极弧系数的轴向磁通永磁电机
CN114598071A (zh) * 2022-04-27 2022-06-07 合肥工业大学 优化半插入双层三段Halbach阵列永磁电机的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
曹永娟等: "磁极组合型轴向磁场无铁心永磁电机的设计与分析", 中国电机工程学报, vol. 34, no. 06 *

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