[发明专利]一种基于改进Halbach磁化的电机

说明书

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。

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A_s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。