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。     

Halbach阵列对传统永磁电机的影响

在消化和吸收国内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，以Halbach双凸极电机和Halbach爪极电机为例，归纳了Halbach电机的特点，分析了Halbach列对传统永磁电机的影响。     

Halbach结构永磁电机优化设计

对自行设计的22.5 kW三相永磁Halbach电机进行研究,建立了其二维有限元模型,通过改变永磁体厚度和Halbach阵列的径向与切向磁体宽度配比,详细分析了其对电机空载及负载时的气隙磁密、反电势、转矩脉动等性能指标的影响,提出永磁电机的优化设计方案。     

Halbach列对永磁同步电机的性能影响

现代电机要求高速、高效、高功率密度、低脉动转矩，而稀土永磁电机表现出了其局限性。Halbach列是一种磁极磁场呈单边且正弦分布的新型永磁结构。此结构使得电机气隙磁密相对较大，转子轭部磁密相对较小，这有利于减小电机的脉动转矩和体积，提高电机的功率密度和效率。基于ANSYS的有限元分析结果证明了上述结构在保证功率密度的前提下，可以减小电机的质量，增大气隙宽度，极大地改善电机的各种性能。     

Halbach列对永磁同步电机的性能影响

现代电机要求高速、高效、高功率密度、低脉动转矩,而稀土永磁电机表现出了其局限性。Halbach列是一种磁极磁场呈单边且正弦分布的新型永磁结构。此结构使得电机气隙磁密相对较大,转子轭部磁密相对较小,这有利于减小电机的脉动转矩和体积,提高电机的功率密度和效率。基于ANSYS的有限元分析结果证明了上述结构在保证功率密度的前提下,可以减小电机的质量,增大气隙宽度,极大地改善电机的各种性能。     

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     

Halbach交替极永磁同步直线电机特性分析

提出一种Halbach交替极永磁同步直线电机(HCP-PMLSM),利用有限元法对隐极、交替极和Halbach交替极三种次级结构永磁同步直线电机的空载电动势、电磁推力、磁阻力及推力波动等电磁特性进行计算与对比,并优化了HCP-PMLSM的磁极尺寸,以进一步提高其推力。针对HCP-PMLSM推力波动偏大的问题,提出一种次级双边错齿结构HCP-PMLSM对推力波动进行抑制,并分析了HCP-PMLSM的自感、反电动势、推力和推力波动等电磁特性。最后,制作了双边错齿结构HCP-PMLSM样机,并进行了实验,实验结果验证了理论分析的正确性。     

Halbach阵列永磁型无轴承电机特性研究

在分析永磁型无轴承电机径向悬浮力产生机理及转子永磁体Halbach阵列基础上,设计了一种Halbach阵列永磁型无轴承电机,采用耦合电路瞬态有限元分析方法对径向磁化永磁转子和Halbach阵列永磁转子的气隙磁密波形及高次谐波、径向悬浮力、反电动势及转矩进行比较分析。研究结果表明:永磁型无轴承电机转子永磁体采用Halbach阵列结构能显著提高气隙磁密幅值及其正弦特性,增大径向悬浮力与转矩,减小悬浮力、转矩及反电动势的脉动。     

双凸极永磁电机基本特性的研究

双凸极永磁电机是20世纪90年代出现的一种新型的机电一体化系统。本文对采用新颖转子斜槽结构的双凸极永磁电机进行了研究,通过若干试验揭示了其独特的静态和动态特性。研究结果表明,双凸极永磁电机具有起动速度快、转矩电流比大、机械特性硬等特点。     

永磁电机中Halbach充磁与平行充磁的分析比较

介绍了Halbach磁体的排列及其内部充磁时构成的永磁电机气隙磁密的解析解，通过对平行充磁和Halbach充磁时气隙磁密数值解的分析比较来说明Halbach充磁的优点。     

Halbach磁体结构电动机及其与常规磁体结构电动机的比较研究(I)--磁体结构及有导磁铁心电动机的对比研究

Halbach磁体结构应用于电动机时与常规磁体结构相比具有很大的优越性,首先给出Halbach磁体结构电动机的磁体排列方式及磁体的磁化规律,然后以无齿槽有铁心电动机为例,对比分析Halbach磁体结构电动机和常规磁体结构电动机气隙磁密分布和电动机各部分磁通的差异,得出两种磁体结构电动机气隙磁密、磁通随永磁体厚度的变化规律.     

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.     

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。     

Analytical Modeling of an Eddy-current Adjustable-speed Coupling System with a Three-segment Halbach Magnet Array

This article presents a two-dimensional analytical model to predict the magnetic field distributions and torque characteristics in an axial-flux eddy-current adjustable-speed coupling system with a three-segment Halbach magnet array. The main contribution of this article is the analytical evaluation of a moving-conductor eddy-current problem based on a three-segment Halbach magnet array by considering the influence of the eddy currents on the magnetic field. Based on the layer model method, the three-dimensional eddy-current problem is linearized to a two-dimensional problem, and the field equations derived from Maxwell's equations in each layer (iron core, magnet, air gap, and conductor) are solved by using the variable separation method and Cramer's rule. The proposed analytical model is validated by the three-dimensional finite-element method in terms of both magnetic field prediction and parameter analysis. Because the analytical methods take less computational time than numerical methods, they are an effective tool for the first step of design optimization.     

Halbach列旋转电机气隙磁密波形特性

基于6极无齿槽Halbach阵列电机模型,利用Ansoft有限元软件研究了气隙磁密波形随每极磁钢块数的变化,得出了气隙磁密波形最优时每极磁钢的块数。分析了每极磁钢块数较多时,气隙磁密波形正弦度、气隙磁密谐波和气隙磁密幅值的变化规律,得出了磁密幅值最大时的磁钢块数,并综合考虑磁密波形正弦度和磁密幅值大小时最佳的磁钢块数。