本發(fā)明涉及電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種包括HALBACH陣列的電機(jī)及包括該電機(jī)的設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前在永磁電機(jī)領(lǐng)域，通常采用在定子和/或動(dòng)子的相對(duì)面設(shè)置齒和槽結(jié)構(gòu)，將單個(gè)永磁體放置在槽內(nèi)，但是采用該結(jié)構(gòu)的電機(jī)，往往扭矩密度較小，隨著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展，需要能實(shí)現(xiàn)大扭矩密度的電機(jī)，而采用該種結(jié)構(gòu)的電機(jī)不能滿足要求。

為了實(shí)現(xiàn)高扭矩密度，人們又開(kāi)始采用HALBACH陣列永磁體，HALBACH陣列永磁體是通過(guò)位于中間磁場(chǎng)的相互疊加和抵消，使得單邊的磁場(chǎng)強(qiáng)度增強(qiáng)，進(jìn)而可以提高電機(jī)的氣隙磁密度，因此在永磁電機(jī)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，比如專利：CN203278585中所提到的，如圖6所示，所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子包括設(shè)置在轉(zhuǎn)子與定子的相對(duì)面的HALBACH陣列，采用這種排布方式的HALBACH陣列，需要多個(gè)各種充磁方向的永磁體共同構(gòu)成，因此加工復(fù)雜且成本高，且這種陣列的排布方式需要位于中間的永磁體彼此緊貼，因此組裝時(shí)比較麻煩，且容易造成永磁體的損壞。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決上述問(wèn)題，提供一種包括HALBACH陣列的電機(jī)及包括該電機(jī)的設(shè)備，將多個(gè)HALBACH陣列永磁體單元分別分布在定子和/或動(dòng)子的槽內(nèi)，形成簡(jiǎn)易的HALBACH陣列排布，因此即能提高電機(jī)的扭矩密度，又有助于永磁體的批量生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本，且方便安裝、不容易損壞。

本發(fā)明第一方面提供一種電機(jī)，包括定子和動(dòng)子組件，所述定子和動(dòng)子相對(duì)面形成多個(gè)齒和槽結(jié)構(gòu)，所述電機(jī)還包括分布在所述定子和/或所述動(dòng)子的所述多個(gè)槽內(nèi)的多個(gè)HALBACH陣列永磁體單元。

進(jìn)一步，所述各個(gè)HALBACH陣列永磁體單元的形狀相同，形成的單邊磁場(chǎng)的方向?qū)?yīng)所述動(dòng)子和所述定子之間的間隙。

進(jìn)一步，所述每個(gè)槽內(nèi)分布的HALBACH陣列永磁體的至少位于兩側(cè)的永磁體的靠近所述動(dòng)子或所述定子相對(duì)面的一端低于所述位于中間的永磁體的同一端一定距離。

進(jìn)一步，所述位于兩側(cè)的永磁體的高度與所述位于中間的永磁體的高度比包括：1.5：1至1.9：1。

進(jìn)一步，所述每個(gè)HALBACH陣列永磁體中位于中間的永磁體的寬度大于位于兩側(cè)的永磁體的寬度。

進(jìn)一步，所述位于中間的永磁體的寬度與位于兩側(cè)的永磁體的寬度比為2.5：1。

進(jìn)一步，所述每個(gè)HALBACH陣列永磁體包括：橫向排列的至少第一、第二、第三永磁體。

進(jìn)一步，所述分布在所述定子和/或所述動(dòng)子的所述多個(gè)槽內(nèi)的多個(gè)HALBACH陣列永磁體單元包括：

所述每個(gè)槽內(nèi)或每隔若干個(gè)槽內(nèi)分布一個(gè)HALBACH陣列永磁體單元；或

所述每個(gè)槽內(nèi)或每隔若干個(gè)槽內(nèi)分布多個(gè)HALBACH陣列永磁體單元。

本發(fā)明第二方面提供一種設(shè)備，包括如上所述的電機(jī)。

由上可見(jiàn)，本發(fā)明提供一種電機(jī)，將多個(gè)HALBACH陣列永磁體單元分別分布在定子和/或動(dòng)子的槽內(nèi)，形成簡(jiǎn)易的HALBACH陣列排布取得了以下技術(shù)效果：

1、由于所述定子和動(dòng)子相對(duì)面形成多個(gè)齒和槽結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)HALBACH陣列永磁體單元分布在所述定子和/或所述動(dòng)子的所述每個(gè)槽內(nèi)，形成簡(jiǎn)易的HALBACH陣列排布，因此即能提高電機(jī)的扭矩密度，又有助于永磁體的批量生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本，且方便安裝、不容易損壞。

2、由于各個(gè)HALBACH陣列永磁體單元的形狀相同，為保證形成的單邊磁場(chǎng)的方向?qū)?yīng)所述動(dòng)子和定子之間的動(dòng)子和定子的間隙，只需要調(diào)整組成HALBACH陣列單元的永磁體的安裝方向，因此可以最大限度的完成批量生產(chǎn)，保證安裝的方便和產(chǎn)品的一致性。

3、由于所述第一和第三永磁體至少位于所述動(dòng)子或所述定子相對(duì)面的一端低于所述第二永磁體的同一端一定距離，因此通過(guò)采用上面的結(jié)構(gòu)，一方面，由于去掉了受到反充磁影響的區(qū)域，因此不會(huì)造成整個(gè)HALBACH陣列永磁體退磁，進(jìn)而影響整個(gè)電機(jī)的穩(wěn)定性；另一方面，由于去掉了部分永磁體結(jié)構(gòu)，能夠相對(duì)減少每組HALBACH陣列永磁體的質(zhì)量，從而在一定程度上減少電機(jī)的重量。

4、由于每個(gè)HALBACH陣列永磁體中位于中間的永磁體的寬度大于位于兩側(cè)的永磁體的寬度，這樣可以形成更好的正弦磁場(chǎng)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例和現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種直線電機(jī)的部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中右側(cè)為局部A的放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3A-3D為本發(fā)明實(shí)施例提供的每個(gè)HALBACH陣列永磁體上的磁通方向的幾種實(shí)施例的示意圖；

圖4A-4D為本發(fā)明實(shí)施例提供的每個(gè)HALBACH陣列永磁體的幾種實(shí)施例的示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電機(jī)的實(shí)施例的示意圖；

圖6本發(fā)明實(shí)施例提供的HALBACH陣列永磁體中各個(gè)永磁體隨寬度變化比值產(chǎn)生的磁密度變化；

圖7A-7B為本發(fā)明實(shí)施例提供的HALBACH陣列永磁體的2個(gè)實(shí)施例的示意圖；

圖8為現(xiàn)有技術(shù)的電機(jī)的俯視圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分的實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一、

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種直線電機(jī)的部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中右側(cè)為局部A的放大結(jié)構(gòu)示意圖。

在永磁電機(jī)領(lǐng)域，現(xiàn)有采用HALBACH陣列的永磁電機(jī)，如背景技術(shù)中所述，所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子的相對(duì)面由HALBACH陣列圍成。采用這種排布方式的HALBACH陣列，需要多個(gè)各種充磁方向的永磁體共同構(gòu)成，其加工復(fù)雜，且這種陣列的排布方式需要位于中間的永磁體彼此緊貼，因此組裝時(shí)比較麻煩，且容易造成永磁體的損壞。

如圖1、2所示，為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種電機(jī)，所述電機(jī)包括定子10和動(dòng)子20組件，所述定子10和動(dòng)子20相對(duì)面形成多個(gè)齒11、21和槽12、22結(jié)構(gòu)，，所述多個(gè)HALBACH陣列永磁體30單元分布在所述定子10和/或所述動(dòng)子20的所述每個(gè)槽內(nèi)。

由于將多個(gè)HALBACH陣列永磁體單元分別分布在定子和/或動(dòng)子的槽內(nèi)，形成簡(jiǎn)易的HALBACH陣列排布，因此即能提高電機(jī)的扭矩密度(相對(duì)于現(xiàn)有的設(shè)置單一永磁體的電機(jī)，整體同樣規(guī)格大小的永磁體，采用本發(fā)明所述的結(jié)構(gòu)的電機(jī)的扭矩是現(xiàn)有電機(jī)的2.5倍)，又有助于永磁體的批量生產(chǎn)、降低生產(chǎn)成本，且方便安裝、不容易損壞。

需要說(shuō)明的是，所述電機(jī)即可以包括將電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能輸出的電動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)可以包括：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)、直線運(yùn)動(dòng)的直線電動(dòng)機(jī))；也可以包括將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能輸出的發(fā)電機(jī)。二者之間在一些情況中是可以采用同一結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)相同的結(jié)構(gòu)采用不同的電連接和機(jī)械連接的方式，從而分別實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)的功能。

在一些優(yōu)選實(shí)施例中，所述各個(gè)HALBACH陣列單元的形狀相同,因此可以最大程度滿足批量生產(chǎn)的要求，只是安裝時(shí)需要根據(jù)各個(gè)HALBACH陣列永磁體單元形成的單邊磁場(chǎng)的方向調(diào)整組成各個(gè)HALBACH陣列永磁體單元的永磁體的安裝方向，使得定子和/或動(dòng)子上安裝的各個(gè)HALBACH陣列永磁體單元產(chǎn)生的單邊磁場(chǎng)都對(duì)應(yīng)動(dòng)子和定子的間隙方向(如圖2右側(cè)放大圖中顯示的磁通方向)。除了優(yōu)選的方式，各個(gè)HALBACH陣列永磁體單元的形狀并不一定要相同，比如：可以使得位于定子槽內(nèi)的HALBACH陣列單元與位于動(dòng)子槽內(nèi)的HALBACH陣列單元形狀不同，只要保證定子和動(dòng)子上HALBACH陣列形成的單邊磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)動(dòng)子和定子的間隙方向即可。

需要說(shuō)明的是，定子和動(dòng)子的相對(duì)面形成多個(gè)齒和槽,優(yōu)選如圖2所示的將多個(gè)HALBACH陣列永磁體單元分別分布在定子和動(dòng)子的槽內(nèi)，這樣可以更大程度實(shí)現(xiàn)電機(jī)的大扭矩密度，當(dāng)采用這種排布方式時(shí)，只要保證定子和/或動(dòng)子上的各個(gè)HALBACH陣列永磁體單元形成的單邊磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)動(dòng)子和定子的間隙方向即可。除上段所述的設(shè)置方式之外，也可以只在動(dòng)子的槽內(nèi)設(shè)置HALBACH陣列永磁體(如圖1所示)，或者只在定子的槽內(nèi)設(shè)置HALBACH陣列永磁體(圖未示意出)。

進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，上述的各個(gè)設(shè)置方式中，優(yōu)選定子和/或動(dòng)子的每個(gè)槽內(nèi)都分布至少一個(gè)HALBACH陣列單元(即每個(gè)槽內(nèi)分布一個(gè)HALBACH陣列，或者每個(gè)槽內(nèi)分布多個(gè)HALBACH陣列單元)；也可以不是每個(gè)槽內(nèi)都分布一個(gè)HALBACH陣列單元，比如：每隔若干個(gè)槽分布至少一個(gè)HALBACH陣列單元。

圖3A-3D為本發(fā)明實(shí)施例提供的每個(gè)HALBACH陣列永磁體上的磁通方向的幾種實(shí)施例的示意圖。圖4A-4D為本發(fā)明實(shí)施例提供的每個(gè)HALBACH陣列永磁體的幾種實(shí)施例的示意圖。

如圖1所示，所述每個(gè)HALBACH陣列永磁體30包括：依次橫向排列的至少第一、第二、第三永磁體31、32、33，

所述第一永磁體31包括第一磁通方向，

所述第二永磁體32包括第二磁通方向，

所述第三永磁體33包括第三磁通方向。

所述第一、第二、第三磁通方向可以為符合HALBACH陣列原理的任意方向的組合,只要使得組成的HALBACH陣列產(chǎn)生的單邊磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)定子和動(dòng)子之間的動(dòng)子和定子的間隙方向即可。在本具體實(shí)施例中，如圖3A-3D所示，優(yōu)選第二磁通方向垂直(包括完全垂直和近似垂直)于所述定子或者動(dòng)子的相對(duì)面，第一和第三磁通方向彼此對(duì)稱或者平行反向。

如圖4A-4D所示，所述構(gòu)成HALBACH陣列的各個(gè)永磁體可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成各種形狀。

如圖4A、4B所示，所述第一、第二、第三永磁體的形狀優(yōu)選矩形；

如圖4C所示，所述HALBACH陣列包括分別成梯形的第一、第二、第三永磁體。

如圖4D所示，所述HALBACH陣列包括分別成三角形的第一、第二、第三永磁體。

除本實(shí)施例中的附圖4所列明的第一、第二、第三永磁體的形狀外，任意滿足HALBACH陣列原理的永磁體形狀都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。

圖7A-7B為本發(fā)明實(shí)施例提供的HALBACH陣列永磁體的2個(gè)實(shí)施例的示意圖。

所述HALBACH陣列永磁體的數(shù)量?jī)?yōu)選第一、第二、第三3個(gè)永磁體，但所述永磁體的數(shù)量并不限于第一、第二、第三3個(gè)永磁體，可以為5個(gè)(如圖7A、7B所示)、7個(gè)、9個(gè)等等，以第二永磁體為中心，向兩側(cè)可以分別添加任意數(shù)量相等的永磁體。所述其它相關(guān)永磁體可以參見(jiàn)第一、第三永磁體的相關(guān)描述，在此不再一一重復(fù)贅述。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電機(jī)的實(shí)施例的示意圖。

如圖5所示，在一些優(yōu)選實(shí)施例中，由于在一些位于磁密度比較高的電機(jī)中，往往每個(gè)槽內(nèi)的HALBACH陣列永磁體中，位于兩側(cè)的永磁體的端部會(huì)受到通過(guò)的磁力線40的影響，當(dāng)磁力線40的方向與永磁體自身的磁場(chǎng)方向不同時(shí)，有可能造成該部分永磁體發(fā)生退磁現(xiàn)象，從而影響整個(gè)電機(jī)的穩(wěn)定性。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)選將至少位于所述HALBACH陣列兩側(cè)的靠近所述動(dòng)子或所述定子相對(duì)面的一端低于所述位于中間的永磁體的同一端一定距離。

通過(guò)采用上面的結(jié)構(gòu)，一方面，由于去掉了受到退磁影響的區(qū)域，因此不會(huì)造成整個(gè)HALBACH陣列永磁體退磁，進(jìn)而影響整個(gè)電機(jī)的穩(wěn)定性；另一方面，由于去掉了部分永磁體結(jié)構(gòu)，能夠相對(duì)減少每組HALBACH陣列永磁體的質(zhì)量，從而在一定程度上減少電機(jī)的重量。

如圖5所示，以HALBACH陣列包括第一、第二、第三31、32、33三個(gè)永磁體為例，所述第一31和第三永磁體33的靠近所述動(dòng)子或所述定子相對(duì)面的一端低于所述第二永磁體32的同一端一定距離。

所述HALBACH陣列永磁體包括5個(gè)第一、第二、第三、第四、第五永磁體31、32、33、34、35，優(yōu)選的可以是如圖7A中所述，第四、第五永磁體的靠近所述動(dòng)子或所述定子相對(duì)面的一端低于所述位于位于中間的第二永磁體的同一端一定距離；也可以是如圖7B中所述,第一、第三、第四、第五永磁體的靠近所述動(dòng)子或所述定子相對(duì)面的一端低于所述位于位于中間的第二永磁體的同一端一定距離。

在一些優(yōu)選實(shí)施例中，位于兩側(cè)的永磁體的高度與所述位于中間的永磁體的高度比包括：1：1.5至1：1.9。如圖5所示，即所述第一、第三永磁體31、33的高度與第二永磁體32的高度比優(yōu)選包括，1：1.5至1：1.9。

但需要說(shuō)明的是，所述各個(gè)永磁體的高度比值并不限于上面所列明的數(shù)值范圍，根據(jù)不同規(guī)格的電機(jī)和采用的HALBACH陣列永磁體的規(guī)格，該比例可能還會(huì)有其它的變化，只要保證第一、第二永磁體的缺少的部分屬于可能受磁力線反充磁影響的部分都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的HALBACH陣列永磁體中各個(gè)永磁體隨寬度變化比值產(chǎn)生的磁密度變化。

在一些優(yōu)選實(shí)施例中，所述每個(gè)HALBACH陣列永磁體中位于中間的永磁體的寬度大于位于兩側(cè)的永磁體的寬度，這樣可以形成更好的正弦磁場(chǎng)。如圖6中所示，設(shè)第二永磁體32寬度為P,第一、第三永磁體31、33的寬度為T(mén),當(dāng)二者比值為2.5左右時(shí)，磁力矩密度最大。

需要說(shuō)明的是，所述寬度比并不限于上面所述的比值，只要滿足位于中間的第二永磁體32的寬度大于位于兩側(cè)的第一、第三永磁體31、33的寬度，都屬于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例范圍。

當(dāng)HALBACH陣列永磁體中包括5個(gè)以上的永磁體時(shí)，其它的永磁體可參見(jiàn)第二、第三永磁體的相關(guān)設(shè)計(jì)。

實(shí)施例二、

本發(fā)明實(shí)施例二還提供一種設(shè)備，所述設(shè)備包括實(shí)施例一所述的電機(jī)。

所述電機(jī)參見(jiàn)實(shí)施例一中的描述，在此不再重復(fù)贅述。

在上述實(shí)施例中，對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述都各有側(cè)重，某個(gè)實(shí)施例中沒(méi)有詳細(xì)描述的部分，可以參見(jiàn)其它實(shí)施例的相關(guān)描述。

需要說(shuō)明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該知悉，說(shuō)明書(shū)中所描述的實(shí)施例均屬于優(yōu)選實(shí)施例，所涉及的結(jié)構(gòu)和模塊并不一定是本發(fā)明所必須的。

以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所提供的包括HALBACH陣列的電機(jī)及包括該電機(jī)的設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)介紹，但以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想，不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。