永磁直线同步电动机Halbach阵列磁场分析

直线电动机的气隙磁场是决定其性能的关键因素.针对平板动磁式永磁直线同步电动机(PMLSM),采用Halbach磁体阵列来提高气隙磁场的正弦性.给出了Halbach阵列磁体排列方式及磁化规律;利用有限元法对Halbach磁体结构与常规磁体结构的永磁直线同步电动机进行比较,分析了磁通密度在平均气隙及轭部的分布情况;在此基础上提出了一种基于Halbach阵列的改进的磁体排列方案,并分析了此方案对电机气隙磁密的影响,得出了一些有用的结论.     

基于Halbach阵列的永磁球形电动机磁场

Halbach阵列永磁电机与常规磁体结构电机相比,具有更接近正弦的气隙磁密分布、更大的气隙磁通及良好的自屏蔽作用等特性.因此,Halbach阵列永磁电机具有效率高、体积小、重量轻等优点.本文提出一种Halbach阵列永磁球形电动机,介绍了其基本结构和工作原理,并给出了转子磁极的Halbach阵列充磁规律.以转子4极、每极3块Halbach阵列磁体结构为例,对其磁场进行了分析,得出了磁场三维解析模型,并对磁场沿球坐标ψ和θ两个方向的谐波含量进行了研究.最后采用有限元方法对磁场进行了分析.     

Halbach永磁阵列空间磁场的解析计算

对Halbach永磁阵列空间磁场的解析表达式进行了研究。首先,根据安培分子环流假说,用面电流对矩形永磁体的空间磁场等效,从而推导出其空间磁场的表达式。其次,通过叠加原理和坐标变换,得到了Halbach阵列磁场的计算公式。最后,通过2D和3D有限元法对解析公式进行了验证,证明了提出的解析公式能较为准确地模拟包括阵列端部在内的各处磁场分布情况,比目前广泛采用的正弦法有更高的精度。     

Halbach阵列同心式磁力齿轮磁场全局解析法分析

针对Halbach阵列同心式磁力齿轮这种内外转子非接触传递的传动装置,运用全局解析法对磁力齿轮内外两层气隙磁场进行分析计算.求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域,各子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系.得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式,并用计算了内外转子电磁转矩,将气隙磁场波形和内外转子电磁转矩波形分别与二维有限元法计算波形作比较,结果吻合,证明了方法的正确性和有效性.     

组合式Halbach阵列磁场分布特性研究

介绍了Halbach阵列原理和组合式Halbach阵列的自屏蔽效应,并讨论了组合式Halbach阵列的气隙磁密与磁钢厚度的关系,同时还对环形组合式Halbach阵列与表贴式永磁电机的气隙磁密基波进行了对比研究,揭示组合式Halbach阵列的磁场分布特点和在直线电机和旋转电机中的设计规律。实验结果很好地验证了所讨论模型的正确性。研究对永磁伺服电机设计和研究具有工程意义。     

分段式Halbach阵列永磁同步电机非理想气隙磁场建模分析

Halbach阵列是一种特殊的永磁体充磁方式,可以提供理想的气隙磁密,且转子无需采用铁磁材料。由于定子开槽,永磁同步电机定转子气隙不均,气隙磁密谐波增加,产生齿槽转矩。本文利用子域模型法建立了分段式Halbach阵列永磁同步电机空载磁场解析模型。其解析模型计算结果与有限元结果相比,两者气隙磁密波形吻合较好。该解析模型为进一步研究电枢反应、齿槽转矩等性能奠定了基础。     

Halbach阵列同心式磁力齿轮磁场分析与优化设计

采用二维全局解析法计算Halbach阵列同心式磁力齿轮气隙磁场。求解场域划分为内外转子永磁体、内外两层气隙和调磁定子的槽形区域,3类子区域的拉普拉斯方程和泊松方程通过边界连续条件建立联系。得到内外两层气隙区域的矢量磁位磁通密度解析表达式,有利于方便、快速、精确地计算任意转子位置的电磁转矩。气隙磁场波形与二维有限元法计算波形较吻合。与径向充磁相比,Halbach阵列充磁方式所得转矩更大,且更接近正弦。运用 Matlab 优化工具箱中的遗传算法对 Halbach 阵列同心式磁力齿轮某些参数进行优化,试验结果表明计算值与测量值较为一致,证明了所提方法的正确性和有效性。     

新型Halbach阵列盘式永磁电机的磁场解析

基于印制电路板(PCB)技术的盘式永磁电机(AFPMM)提出一种新型Halbach阵列的转子结构,该阵列结构简单、易于优化。运用矢量磁位法对新型转子产生的空载气隙磁密进行解析推导,获得关于气隙磁场的数学模型。基于该模型,保持永磁体总用量不变,以永磁体极弧系数比和径向长度比作为优化变量,气隙磁密基波幅值和谐波畸变率作为优化目标,确立最优转子结构参数。三维有限元仿真结果表明,解析法所得的气隙磁密波形与有限元法基本一致,验证了所提出解析模型的合理性。与传统Halbach阵列相比,新型Halbach阵列气隙磁密基波幅值提升了10.3%,同时谐波畸变率由19.8%降至4.8%,优化效果明显,可以有效降低高频工况下电机的涡流损耗、提升电机效率。最后制造一台样机进行相关实验测试,验证了解析和仿真分析的正确性,对PCB定子AFPMM的设计具有一定参考价值。     

一种Halbach永磁平面电机阵列磁场分析

介绍了一种应用于高精度平面电机的新型Halbach磁阵列的基本结构,并通过建立相应的解析数学模型,对此种磁阵列的磁场进行了精确的解析分析,得出了相应的解析公式。该方法能够取代繁琐耗时的三维有限元计算,并且具有精度高、易实现的特点。通过与有限元法进行比较,对比结果证明了本解析法的正确性,为高精度平面电机磁场计算提供了一定的理论基础。     

基于等效磁荷法的永磁电机Halbach阵列磁极磁场分析

基于等效磁荷法推导出永磁电机转子磁极——瓦形磁体在空间的磁场分布。同时用有限元法进行了分析,表明两者之间偏差较小,等效磁荷法满足计算精度要求。进而利用该方法建立了永磁电机的Halbach分布转子磁极静态磁场的模型,通过改变影响转子磁极磁场分布的极弧比和副磁极磁化角度两个因素,得到在不同磁极结构下的转子磁极静态磁场径向分量变化规律:每一极中主磁极空间跨度变大会导致Halbach永磁电机转子磁极静态磁场的径向分量基波幅值变大,而谐波含量先减小后增大;随着副磁极磁化角度变大,转子静态磁场的基波幅值先变大后减小,而谐波含量刚好相反,先减小后变大。     

Halbach阵列及其在永磁电机设计中的应用

介绍了永磁体的一种新型径向和切向混合排列方式（ Ｈａｌｂａｃｈ 阵列）,在永磁电机设计中可用以增加气隙磁通和削弱转子轭部磁通,提高电机力能密度和减小电机体积     

梯形Halbach永磁阵列空心直线同步电动机特性的解析计算与优化

提出了一种新型的双边不对称梯形永磁空心直线电动机。首先使用等效磁荷法建立了梯形单块磁体的三维空间磁场解析模型,再由叠加原理得到双边Halbach阵列空心电机的气隙磁密三维模型。在考虑线圈横向端部效应的基础上,推导出电机运行过程中的反电动势与电磁推力的表达式。利用解析模型分析了梯形磁体阵列气隙磁密谐波分布的规律,并对其进行优化;三维有限元仿真结果表明所提解析模型具有较高的准确度,同时采用经过优化的梯形阵列定子,可以达到提高气隙磁密正弦性从而减小推力波动的目的。     

Halbach永磁平面阵列制造方法的研究

提出了一种利用模具来制造Halbach永磁平面阵列的方法。在研究了永磁平面阵列特点的基础上,对磁体前处理、模具设计、胶水选择、加工工艺等多个方面展开了讨论,提出了一种阵列的通用制造方法。通过实验证明了该方法的正确性和有效性。     

Halbach列永磁电机的研究

在国外研究成果的基础上,系统阐述了Halbach列的组成及其特点,探讨了传统稀土永磁电机发展过程中存在的一些缺陷。在介绍Halbach双凸极电机和Halbach爪极电机的基础上,归纳了Halbach电机的特点,给出了一种新型的Halbach列永磁电机,并分析了其仿真和试验结果。     

新型双层Halbach永磁阵列的解析分析

提出了一种新型双层Halbach永磁阵列,该阵列结构简单、易于优化,可以得到很高的气隙磁通密度正弦度。设计了一台高速无槽永磁同步电机,运用标量磁位法对双层Halbach永磁阵列在电机气隙中产生的磁场进行了解析分析,得到了气隙磁通密度的数学表达式,并进一步得到了电机空载反电动势。分析表明,优化后的气隙磁通密度的谐波畸变率仅为0.5%,反电动势中的谐波含量也非常小。制造了一台样机并进行了实验研究,通过解析、仿真与实验结果的对比,验证了解析方法的正确性。     

基于Halbach阵列的机器人关节电机关键技术研究

机器人关节电机对电机的过载能力、电机重量、响应速度有较高的要求,而传统的力矩电机转子外径较大,转子重量和转动惯量较大,响应慢。基于Halbach阵列设计了一款机器人用关节电机,利用了Halbach阵列的磁屏蔽作用。使用非导磁铝合金作为转子轭部的材料,降低了转子的质量和转动惯量,提高了电机的响应速度。分析了Halbach阵列的优势,列举了几种常见的Halbach阵列结构,确定了电机的尺寸参数。通过电磁场有限元仿真分析了基于Halbach阵列的机器人关节电机的磁钢尺寸对电机性能的影响。最终通过试验验证了该技术的有效性。     

磁体结构尺寸对Halbach阵列的影响

基于Halbach磁体阵列结构的内转子永磁电机的基本模型,比较了Halbach磁体结构与普通磁极结构的永磁电机,分析了Halbach磁体结构的气隙磁密分布,得出磁体结构的气隙磁密、磁通随永磁体的厚度的变化规律,总结出Halbach阵列具有磁单边特性,且在强侧具有良好的正弦特性。     

直线Halbach磁体用于磁浮列车涡流制动的研究

磁浮列车采用涡流制动摆脱了机械制动中粘着系数对制动性能的制约.电磁涡流制动需要电能供应,存在电能损耗.永磁涡流制动由于不需供电故效率高.永磁Halbach磁体磁感应强度大于普通永磁磁体,且Halbach磁体具有自屏蔽性能,一侧拥有强磁场,另一侧磁场几乎为零.直线Halbach磁体用于磁浮列车涡流制动的研究,采用解析的方法分析其制动过程中的电磁机理,推导出涡流制动力方程.设计了一套实验系统,对制动力方程进行了验证,并对实验结果进行了分析.