一種混合磁材料Halbach永磁容錯電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合磁材料Halbach永磁容錯電機，該電機是一種外磁場Halbach永磁容錯電機。定子由定子鐵芯和單層集中式繞組組成。轉子包括外磁場Halbach陣列和不銹鋼的套筒，徑向磁化的釹鐵硼永磁材料和切向磁化的鐵氧體永磁材料相間排列組成Halbach永磁陣列；套筒套裝在Halabch永磁陣列外側，用來加固永磁材料和增強轉子的機械魯棒性。該混合磁材料Halbach永磁容錯電機由于使用了鐵氧體永磁材料，減少了稀土永磁材料的用量，降低了電機的制造成本，為混合磁材料在Halbach永磁電機中的應用開辟了廣闊的前景。
【專利說明】一種混合磁材料Ha I bach永磁容錯電機

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種永磁同步電機，特指一種混合磁材料Halbach永磁容錯電機。

【背景技術】
[0002] 因其獨特的自屏蔽磁化結構，Halbach永磁電機具有如下優(yōu)點：（1) Halbach永磁 陣列中存在徑向和切向磁場，兩者相互重疊使氣隙的磁感應強度大幅度提高，從而可有效 地減小電機的體積，提高電機的功率密度。（2)Halbach永磁陣列可產生正弦分布的氣隙磁 場，因而不需要定轉子斜槽。（3)可以忽略的定位轉矩，因而可有效地降低轉矩脈動。（4) 轉子可由Halbach永磁陣列可以組成，不需要轉子鐵芯或者外殼，減輕了電機的體積重量。 可是由于其特殊的自屏蔽磁化結構，相比于其他永磁電機結構，Halbach永磁電機需要更多 的稀土永磁材料。
[0003] 由于稀土永磁材料含量有限并且近年來其價格節(jié)節(jié)攀升。如何減少永磁電機中稀 土永磁材料的用量和降低電機的制造成本，成為目前永磁電機研究的焦點。鐵氧體永磁材 料由于不含有稀土元素，價格低廉，更重要的是其含量豐富和供應穩(wěn)定。因而鐵氧體永磁材 料已較好地成為稀土永磁材料的替代品。已有不少學者開始利用低價格的鐵氧體永磁材 料代替高價格的釹鐵硼永磁材料，并且取得了不錯的研究成果。澳大利亞悉尼科技大學的 Dorroll, David G等設計并制造了鐵氧體材料福向電機，使得該電機特性與釹鐵硼材料電 機的特性相當。在此基礎上，韓國蔚山大學的Mohammad, Mizanoor Rahman等設計并分析了 帶有聚磁環(huán)的鐵氧體材料輻向電機，由于鐵氧體材料聚磁環(huán)的使用，增大了電機的氣隙磁 場。但是相比于傳統(tǒng)稀土永磁電機，鐵氧體永磁電機的直徑或者長度會增大。
[0004] 永磁電機的容錯能力對其可靠穩(wěn)定的運行至關重要。容錯齒和單層集中繞組可使 永磁電機具有各相磁隔離、熱隔離、物理隔離和電隔離的能力，實現(xiàn)了電機在結構上固有的 解耦作用。因此對永磁電機的高可靠設計和高穩(wěn)定運行而言，容錯齒和單層集中式繞組很 有必要。
[0005] 目前Halbach永磁電機結構中應用的永磁材料一般是釹鐵硼或者杉鈷稀土永磁 材料。為了減少稀土永磁材料的用量和降低電機的制造成本，本發(fā)明提出了一種混合磁材 料的高可靠性Halbach永磁容錯電機。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提出了一種減少稀土永磁材料用量的混合磁材料高可靠性 Halbach永磁容錯電機。基于上述要求，本發(fā)明公布了一種混合磁材料Halbach永磁容錯電 機。該混合材料Halbach電機是指在該電機中既使用鐵氧體永磁材料，又使用釹鐵硼永磁 材料。
[0007] 本發(fā)明采用的技術方案是： 一種混合磁材料Halbach永磁容錯電機，包括轉子以及由定子鐵芯和定子繞組構成的 定子，所述轉子包括外磁場的Halbach永磁陣列，所述Halbach永磁陣列由徑向磁化的釹鐵 硼永磁材料和切向磁化的鐵氧體永磁材料相間排列組成。由于鐵氧體永磁材料的使用，減 少了稀土永磁材料的用量。
[0008] 進一步，所述定子繞組為單層集中式繞組，所述單層集中式繞組交替纏繞在定子 齒上。于采用了容錯齒和單層集中式繞組，使得該電機在結構上具有自解耦作用，從而具有 各相磁隔離、熱隔離、物理隔離和電隔離的容錯能力。
[0009] 進一步，所述轉子還包括不銹鋼的套筒，所述套筒套裝在所述Halabch永磁體陣 列外側。不銹鋼的套筒套裝在Halbach陣列外側，加固了 Halbach永磁陣列和增強轉動部 件的機械魯棒性。
[0010] 進一步，所述定子鐵芯采用WGT-200材料沖片疊壓而成。
[0011] 本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明的混合磁材料Halbach永磁容錯電機由于采用了價格低和含量豐富的鐵氧體 永磁材料，降低了稀土永磁材料的用量，同時電機的造價也會降低，為擴大永磁電機的應用 領域提供了可能性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明結構簡圖； 圖2是鐵氧體和釹鐵硼的充磁方向； 圖3是本發(fā)明與傳統(tǒng)稀土 Halbach永磁電機的反電勢對比； 圖4是本發(fā)明與傳統(tǒng)稀土 Halbach永磁電機的反電勢的諧波分析。
[0013] 圖中：1.定子鐵芯；2.單層集中式繞組；3.套筒；4.釹鐵硼永磁材料；5.鐵氧體 永磁材料。

【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0015] 本發(fā)明一種混合磁材料Halbach永磁容錯電機的一種實施方式的結構如圖1 所示，包括轉子以及由定子鐵芯1和定子繞組構成的定子，定子鐵芯1采用國內常用的 WGT-200材料沖片疊壓而成。轉子包括外磁場的Halbach永磁陣列，該Halbach永磁陣列由 徑向磁化的釹鐵硼永磁材料4和切向磁化的鐵氧體永磁材料5相間排列組成，釹鐵硼永磁 材料4和鐵氧體永磁材料5的充磁方向和排布如附圖2所不，由于鐵氧體永磁材料的使用， 減少了稀土永磁材料的用量。定子繞組為四相單層集中式繞組，相間交替纏繞在定子齒上， 由于采用了容錯齒和單層集中式繞組，使得該電機在結構上具有自解耦作用，從而具有各 相磁隔離、熱隔離、物理隔離和電隔離的容錯能力。轉子還包括不銹鋼的套筒3,套筒3套裝 在所述Halabch永磁體陣列外側，不銹鋼的套筒套裝在Halbach陣列外側，加固了 Halbach 永磁陣列和增強轉動部件的機械魯棒性。
[0016] 為了體現(xiàn)該混合磁材料Halbach容錯永磁電機的優(yōu)勢，本發(fā)明給出了其與傳統(tǒng)稀 土 Halbach永磁電機的性能對比。附圖3給出了兩種模型的單層集中式繞組2的反電勢波 形。附圖4給出了反電勢的諧波分析。結合圖3和圖4中可以看出與傳統(tǒng)的稀土 Halbach 永磁電機相比，該混合磁材料Halbach永磁電機可提供相近的反電勢波形，反電勢基波幅 值亦基本相近。表1給出了兩電機的永磁材料用量和比例及反電勢幅值的對比，可以看出 該混合磁材料Halbach永磁電機的釹鐵硼用量只有傳統(tǒng)的稀土永磁Halbach電機的90%左 右。
[0017] 表 1

【權利要求】
1. 一種混合磁材料Halbach永磁容錯電機，包括轉子以及由定子鐵芯（1)和定子繞組 構成的定子，其特征在于：所述轉子包括外磁場的Halbach永磁陣列，所述Halbach永磁陣 列由徑向磁化的釹鐵硼永磁材料（4)和切向磁化的鐵氧體永磁材料（5)相間排列組成。
2. 根據權利要求1所述的一種混合磁材料Halbach永磁容錯電機，其特征在于：所述 定子繞組為單層集中式繞組，所述單層集中式繞組交替纏繞在定子齒上。
3. 根據權利要求1或2所述的一種混合磁材料Halbach永磁容錯電機，其特征在于： 所述轉子還包括不銹鋼的套筒（3)，所述套筒（3)套裝在所述Halabch永磁體陣列外側。
4. 根據權利要求1或2所述的一種混合磁材料Halbach永磁容錯電機，其特征在于： 所述定子鐵芯（1)采用WGT-200材料沖片疊壓而成。
【文檔編號】H02K1/27GK104052221SQ201410257663
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權日:2014年6月12日
【發(fā)明者】劉國海, 邵明明, 陳前, 趙文祥 申請人:江蘇大學