一種凸極halbach復(fù)合陣列及永磁電機(jī)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于電機(jī)與電器領(lǐng)域，具體涉及一種凸極halbach復(fù)合陣列及永磁電機(jī)。凸極halbach復(fù)合陣列，包括halbach磁體陣列，凸極halbach復(fù)合陣列包括單層凸極halbach復(fù)合陣列和/或雙層凸極halbach復(fù)合陣列，halbach磁體陣列緊貼凸極磁體陣列表面設(shè)置構(gòu)成單層凸極halbach復(fù)合陣列，凸極磁體陣列兩側(cè)表面分別設(shè)置halbach磁體陣列，構(gòu)成雙層凸極halbach復(fù)合陣列，凸極halbach復(fù)合陣列與相應(yīng)的次級(jí)構(gòu)成永磁電機(jī)，利用halbach磁體陣列弱磁區(qū)漏磁很小的特點(diǎn)，將凸極磁體陣列與halbach磁體陣列緊貼，與通電繞組配合形成凸極halbach永磁電機(jī)，可將凸極磁體陣列漏磁大幅降低甚至完全消除，大幅降低電機(jī)體積和制造使用成本，特別適用于長(zhǎng)行程、大功率和大推力直線電機(jī)工程應(yīng)用場(chǎng)合。較好解決了直線電機(jī)工程應(yīng)用的瓶頸問題。
【專利說明】
一種凸極ha I bach復(fù)合陣列及永磁電機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于電機(jī)與電器領(lǐng)域，具體涉及一種凸極halbach復(fù)合陣列及永磁電機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]永磁直線電機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。如直線電機(jī)磁懸浮列車、直驅(qū)電梯、直線電機(jī)自動(dòng)化流水線等很多應(yīng)用領(lǐng)域和場(chǎng)合。永磁直線電動(dòng)機(jī)有多種類型。按結(jié)構(gòu)可分為平面型、圓筒型(管型)、弧型四種。按動(dòng)子永磁體的布置方式可分為隱極型、凸極型、混合型等，按初級(jí)的布置方式還可分為雙邊型和單邊型以及復(fù)合型三種?，F(xiàn)有的隱極型和凸極型永磁直線電機(jī)結(jié)構(gòu)中，前者等效電磁氣隙大，后者漏磁大，都導(dǎo)致電機(jī)的功率密度、推力/自重比較低，電機(jī)體積大，制造和使用成本高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有直線電機(jī)輸出功率低、推力/自重比小、力能指標(biāo)低、體積過大、成本過高的工程應(yīng)用瓶頸問題，為解決上述問題，采用一種凸極halbach復(fù)合陣列及永磁電機(jī)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種凸極halbach復(fù)合陣列，包括帶軛部或不帶軛部的halbach磁體陣列，凸極halbach復(fù)合陣列包括單層凸極halbach復(fù)合陣列和/或雙層凸極halbach復(fù)合陣列，帶軛部或不帶軛部的halbach磁體陣列緊貼不帶軛部或帶軛部的凸極磁體陣列表面設(shè)置構(gòu)成單層凸極halbach復(fù)合陣列，凸極磁體陣列兩側(cè)表面分別緊貼設(shè)置halbach磁體陣列，構(gòu)成雙層凸極halbach復(fù)合陣列，凸極磁體陣列由導(dǎo)磁凸鐵和水平磁體交替貼裝而成，凸鐵兩側(cè)的水平磁體在凸鐵上形成聚磁的凸鐵極，h a I b a c h磁體陣列由法向磁體和縱向磁體交替貼裝組成。
[0006]凸極磁體陣列中的凸鐵、水平磁體的截面為矩形、梯形、三角形、“凸”字形或半圓形，halbach磁體陣列中的法向磁體和縱向磁體的截面為矩形、梯形、三角形或半圓形。
[0007]在凸極磁體陣列中的凸鐵表面開設(shè)至少一個(gè)開口槽，開口槽中設(shè)置有凸槽磁體，凸槽磁體表面極性與相應(yīng)凸鐵表面極性一致。
[0008]凸鐵上設(shè)置有至少一個(gè)導(dǎo)電體，導(dǎo)電體的橫向端部通過導(dǎo)電環(huán)或?qū)щ娖B成一體。
[0009]凸鐵上設(shè)置有至少一個(gè)空腔，空腔內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)電體，各凸鐵上的導(dǎo)電體橫向端部通過導(dǎo)電環(huán)或?qū)щ娖B成一體;或者在凸鐵的表面鋪設(shè)或連接一層連接薄片，將各凸鐵彼此連接成一個(gè)整體，連接薄片為導(dǎo)磁薄片或?qū)щ姳∑驅(qū)Т艑?dǎo)電復(fù)合薄片或?yàn)閹Р鄣膶?dǎo)磁齒槽薄片，槽內(nèi)嵌導(dǎo)電體，導(dǎo)電體橫向端部通過導(dǎo)電環(huán)或?qū)щ娖B成一體。
[0010]所述的水平磁體、法向磁體和縱向磁體為永磁體、超導(dǎo)磁體或者電勵(lì)磁體。
[0011]至少有一組凸鐵或者凸鐵和軛部的兩橫向端部通過連接件連接，形成統(tǒng)一的凸極halbach復(fù)合陣列。
[0012]所述的凸極halbach復(fù)合陣列圍繞一縱向軸線將凸極halbach復(fù)合陣列的橫向兩端首尾相連卷成圓筒形，成為圓筒型凸極halbach復(fù)合陣列。
[0013]所述的凸極halbach復(fù)合陣列沿一橫向軸線將凸極halbach復(fù)合陣列的縱向兩端首尾相連卷成圓形，形成旋轉(zhuǎn)型凸極halbach復(fù)合陣列。
[0014]兩個(gè)單層凸極halbach復(fù)合陣列面對(duì)面分開設(shè)置構(gòu)成雙邊型單層凸極halbach復(fù)合陣列，或背靠背設(shè)置構(gòu)成共軛雙邊型單層凸極halbach復(fù)合陣列。
[0015]所述的雙邊型單層凸極halbach復(fù)合陣列兩邊的橫向端部連接件連接成一體，形成U型單層凸極halbach復(fù)合陣列。
[0016]—種凸極halbach復(fù)合永磁電機(jī)，其特征在于:以所述的凸極halbach復(fù)合陣列作為次級(jí)，與相應(yīng)的初級(jí)配合構(gòu)成凸極halbach永磁電機(jī)。
[00?7 ] 所述的凸極ha I bach復(fù)合陣列與相應(yīng)的初級(jí)構(gòu)成凸極ha I bach永磁直線電機(jī)，旋轉(zhuǎn)型凸極halbach復(fù)合陣列與相應(yīng)的初級(jí)構(gòu)成凸極halbach永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)，圓筒型凸極halbach復(fù)合陣列與相應(yīng)的初級(jí)構(gòu)成圓筒型凸極halbach永磁直線電機(jī)。
[0018]本實(shí)用新型利用halbach磁體陣列弱磁區(qū)漏磁很小的特點(diǎn)，將凸極磁體陣列布置于halbach磁體陣列強(qiáng)磁區(qū)，與通電繞組配合形成凸極halbach永磁電機(jī)，可將凸極磁體陣列漏磁大幅降低甚至完全消除，相同體積和制造成本下，可大幅增加電機(jī)功率和出力，或相同功率下，大幅降低電機(jī)體積和制造使用成本，特別適用于長(zhǎng)行程、大功率和大推力直線電機(jī)工程應(yīng)用場(chǎng)合。較好解決了直線電機(jī)工程應(yīng)用的瓶頸問題。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型凸極halbach復(fù)合陣列結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0020]圖2為本實(shí)用新型凸極halbach復(fù)合陣列結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0021]圖3為凸極磁體陣列結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0022]圖4為凸極磁體陣列結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0023]圖5為凸極磁體陣列結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖三；
[0024]圖6為凸極磁體陣列結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖四；
[0025]圖7為凸極磁體陣列結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖五；
[0026]圖8為凸極磁體陣列結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖六；
[0027]圖9為halbach磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0028]圖10為halbach磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0029]圖11為halbach磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖三；
[0030]圖12為halbach磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖四；
[0031 ]圖13為本實(shí)用新型凸極halbach復(fù)合陣列結(jié)構(gòu)示意圖三；
[0032]圖14為雙邊凸極halbach復(fù)合陣列結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖15為雙邊凸極halbach復(fù)合陣列組成的旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖16為圖15A-A剖視圖；
[0035]圖17為凸極halbach復(fù)合陣列組成的單邊直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖一；
[0036]圖18為凸極halbach復(fù)合陣列組成的單邊直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖二；
[0037]圖19為凸極halbach復(fù)合陣列組成的雙邊直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖三
[0038]圖20為凸極haIbach復(fù)合陣列組成的旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖一；
[0039]圖21為凸極halbach復(fù)合陣列組成的旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖二；
[0040]圖22為圓筒型凸極halbach永磁直線電機(jī)三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖23為本實(shí)用新型的凸極halbach永磁直線電機(jī)磁場(chǎng)有限元仿真磁力線分布圖；
[0042]圖24為凸極halbach復(fù)合陣列組成的雙邊直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖四。
[0043]圖中，1.初級(jí)鐵芯；2.初級(jí)繞組；3.凸鐵;4.法向磁體；5.水平磁體；6.縱向磁體；
8.凸槽磁體;9.軛部;11.連接薄片；12.導(dǎo)電體。
【具體實(shí)施方式】
[0044]如圖1-圖24所示，圖1所示為本實(shí)用新型的一種凸極halbach復(fù)合陣列結(jié)構(gòu)示意圖一，一種凸極halbach復(fù)合陣列，包括帶軛部或不帶軛部的halbach磁體陣列，凸極halbach復(fù)合陣列包括單層凸極halbach復(fù)合陣列和或雙層凸極halbach復(fù)合陣列，帶軛部或不帶軛部的halbach磁體陣列緊貼不帶軛部或帶軛部的凸極磁體陣列表面設(shè)置構(gòu)成單層凸極halbach復(fù)合陣列，凸極磁體陣列兩側(cè)表面分別緊貼設(shè)置halbach磁體陣列，構(gòu)成雙層凸極halbach復(fù)合陣列，凸極磁體陣列由導(dǎo)磁凸鐵3和水平磁體5交替貼裝而成，凸鐵3兩側(cè)的水平磁體5在凸鐵3上形成聚磁的凸鐵極，halbach磁體陣列由法向磁體4和縱向磁體6交替貼裝組成。其中，縱向?yàn)橥硅F3表面切線方向或運(yùn)動(dòng)方向，法向?yàn)橥硅F3中心線方向或氣隙方向，橫向?yàn)榇怪庇诳v向和法向的方向。
[0045]圖2所示為本實(shí)用新型的一種凸極halbach復(fù)合陣列結(jié)構(gòu)示意圖二，圖中，凸極永磁halbach復(fù)合陣列中的halbach磁體陣列帶有磁性或非磁性軛部9，halbach磁體陣列弱磁區(qū)表面緊貼磁性或非磁性軛部9設(shè)置。
[0046]圖3-圖8所示為本實(shí)用新型的凸極磁體陣列結(jié)構(gòu)示意圖，凸極磁體陣列中的凸鐵
3、水平磁體5的截面為矩形或等腰梯形或三角形或“凸”形或閉口弧形或它們的組合結(jié)構(gòu)，圖9-圖12中，halbach磁體陣列中的法向磁體4、縱向磁體6的截面為矩形或等腰梯形或三角形結(jié)構(gòu)或它們的組合結(jié)構(gòu)。
[0047]圖13所示本實(shí)用新型凸極halbach復(fù)合陣列結(jié)構(gòu)示意圖三，所述的凸鐵3表面開設(shè)至少一個(gè)開口槽，開口槽中配合設(shè)置或嵌放凸槽磁體8，凸槽磁體8表面極性與凸鐵3表面極性一致。
[0048]圖14為雙邊凸極halbach復(fù)合陣列結(jié)構(gòu)示意圖，所述的凸極永磁halbach復(fù)合陣列沿halbach磁體陣列弱磁區(qū)一縱向軸線鏡像為雙邊平板型凸極永磁halbach復(fù)合陣列。
[0049]圖15、圖16雙邊凸極halbach復(fù)合陣列組成的雙邊直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖及剖面圖，凸極永磁halbach復(fù)合陣列圍繞縱向軸線將凸極永磁halbach復(fù)合陣列的橫向首尾兩端相接卷成圓柱形，成為圓筒型凸極永磁halbach復(fù)合陣列。
[0050]將此圓筒型凸極永磁halbach復(fù)合陣列作為次級(jí)，與通電初級(jí)繞組配合形成圓筒型凸極halbach永磁直線電機(jī)，如圖15、圖16、圖20、圖21、圖22所示，其中圖22為圓筒型凸極halbach永磁直線電機(jī)三維結(jié)構(gòu)示意圖，圖24為凸極磁體陣列兩側(cè)表面分別緊貼設(shè)置一組halbach磁體陣列，構(gòu)成雙層凸極halbach復(fù)合陣列，與次級(jí)配合形成雙邊直線電機(jī)。
[0051]圖17-圖19所示為本實(shí)用新型的一種凸極halbach復(fù)合陣列及永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖，將單邊或雙邊平面型凸極永磁halbach復(fù)合陣列作為次級(jí)，與通電初級(jí)繞組配合形成單邊或雙邊平面型凸極halbach永磁直線電機(jī)。其中，圖17、圖18為單邊型，圖19為雙邊型。
[0052]圖20、圖21所示為本實(shí)用新型的一種凸極halbach復(fù)合陣列及永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖，所述的凸極永磁halbach復(fù)合陣列沿halbach磁體陣列弱磁區(qū)一橫向軸線將凸極永磁halbach復(fù)合陣列的縱向首尾兩端相接卷成圓環(huán)形，成為旋轉(zhuǎn)型凸極永磁halbach復(fù)合陣列，該旋轉(zhuǎn)型凸極永磁halbach復(fù)合陣列中的凸鐵3的表面鋪設(shè)或連接一層連接薄片11，將水平磁體5和凸鐵3包圍在內(nèi)，并將各凸鐵3彼此連接成一個(gè)整體，連接薄片11為導(dǎo)磁薄片或?qū)щ姳∑?，或?yàn)椴蹆?nèi)嵌導(dǎo)電體12的帶開口槽或半閉口槽或閉口槽的導(dǎo)磁齒槽薄片，槽內(nèi)各內(nèi)嵌導(dǎo)電體12通過端部短路環(huán)連成一體。其中，圖20連接薄片為槽內(nèi)嵌導(dǎo)電體的導(dǎo)磁齒槽薄片示意圖，圖21連接薄片為導(dǎo)磁薄片或?qū)щ姳∑疽鈭D。
[0053]將此旋轉(zhuǎn)型凸極永磁halbach復(fù)合陣列作為次級(jí)，與通電初級(jí)繞組配合形成旋轉(zhuǎn)型凸極ha Ibach永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)，如圖20、圖21所示。
[0054]上述凸極永磁halbach復(fù)合陣列，可將凸鐵3的兩個(gè)橫向端部通過相應(yīng)側(cè)的連接件與磁性或非磁性軛部相連接，形成堅(jiān)固統(tǒng)一的凸極永磁halbach復(fù)合陣列。
[0055]上述實(shí)施例中，所述的磁體可以采用永磁體，或者超導(dǎo)磁體，或者電勵(lì)磁體，根據(jù)具體的需要而定。一般來說，優(yōu)先采用釹鐵硼材料制成的強(qiáng)磁性永磁體。
[0056]圖23為本實(shí)用新型所述的凸極halbach永磁直線電機(jī)磁場(chǎng)有限元仿真磁力線分布圖，從中可以看出，除了難以避免的氣隙(凸鐵3)表面和初級(jí)槽口區(qū)域及halbach軛部出現(xiàn)少量漏磁外，本實(shí)用新型的次級(jí)軛部區(qū)域漏磁很小，因此，本實(shí)用新型的電機(jī)推力可大幅提高。較好解決了現(xiàn)有直線電機(jī)出力小、成本高、體積大等制約工程應(yīng)用的瓶頸問題。
[0057]上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種凸極halbach復(fù)合陣列，包括帶軛部或不帶軛部的halbach磁體陣列，其特征在于:凸極halbach復(fù)合陣列包括單層凸極halbach復(fù)合陣列和/或雙層凸極halbach復(fù)合陣列，帶軛部或不帶軛部的halbach磁體陣列緊貼不帶軛部或帶軛部的凸極磁體陣列表面設(shè)置構(gòu)成單層凸極halbach復(fù)合陣列，凸極磁體陣列兩側(cè)表面分別緊貼設(shè)置halbach磁體陣列，構(gòu)成雙層凸極halbach復(fù)合陣列，凸極磁體陣列布置于halbach磁體陣列的強(qiáng)磁區(qū)，凸極磁體陣列由導(dǎo)磁凸鐵和水平磁體交替貼裝而成，凸鐵兩側(cè)的水平磁體在凸鐵上形成聚磁的凸鐵極，halbach磁體陣列由法向磁體和縱向磁體交替貼裝組成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種凸極halbach復(fù)合陣列，其特征在于:凸極磁體陣列中的凸鐵、水平磁體的截面為矩形、梯形、三角形、“凸”字形或半圓形，halbach磁體陣列中的法向磁體和縱向磁體的截面為矩形、梯形、三角形或半圓形。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種凸極halbach復(fù)合陣列，其特征在于:在凸極磁體陣列中的凸鐵表面開設(shè)至少一個(gè)開口槽，開口槽中設(shè)置有凸槽磁體，凸槽磁體表面極性與相應(yīng)凸鐵表面極性一致。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種凸極halbach復(fù)合陣列，其特征在于:凸鐵上設(shè)置有至少一個(gè)導(dǎo)電體，導(dǎo)電體的橫向端部通過導(dǎo)電環(huán)或?qū)щ娖B成一體。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種凸極halbach復(fù)合陣列，其特征在于:凸鐵上設(shè)置有至少一個(gè)空腔，空腔內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)電體，各凸鐵上的導(dǎo)電體橫向端部通過導(dǎo)電環(huán)或?qū)щ娖B成一體;或者在凸鐵的表面鋪設(shè)或連接一層連接薄片，將各凸鐵彼此連接成一個(gè)整體，連接薄片為導(dǎo)磁薄片或?qū)щ姳∑驅(qū)Т艑?dǎo)電復(fù)合薄片或?yàn)閹Р鄣膶?dǎo)磁齒槽薄片，槽內(nèi)嵌導(dǎo)電體，導(dǎo)電體橫向端部通過導(dǎo)電環(huán)或?qū)щ娖B成一體。6.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種凸極halbach復(fù)合陣列，其特征在于:所述的水平磁體、法向磁體和縱向磁體為永磁體、超導(dǎo)磁體或者電勵(lì)磁體。7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一權(quán)利要求所述的一種凸極halbach復(fù)合陣列，其特征在于:至少有一組凸鐵或者凸鐵和軛部的兩橫向端部通過連接件連接，形成統(tǒng)一的凸極halbach復(fù)合陣列。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種凸極halbach復(fù)合陣列，其特征在于:所述的凸極halbach復(fù)合陣列圍繞一縱向軸線將凸極halbach復(fù)合陣列的橫向兩端首尾相連卷成圓筒形，成為圓筒型凸極halbach復(fù)合陣列。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種凸極halbach復(fù)合陣列，其特征在于:所述的凸極halbach復(fù)合陣列沿一橫向軸線將凸極halbach復(fù)合陣列的縱向兩端首尾相連卷成圓形，形成旋轉(zhuǎn)型凸極halbach復(fù)合陣列。10.據(jù)權(quán)利要求7所述的一種凸極halbach復(fù)合陣列，其特征在于:兩個(gè)單層凸極halbach復(fù)合陣列面對(duì)面分開設(shè)置構(gòu)成雙邊型單層凸極halbach復(fù)合陣列，或背靠背設(shè)置構(gòu)成共軛雙邊型單層凸極halbach復(fù)合陣列。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種凸極halbach復(fù)合陣列，其特征在于:所述的雙邊型單層凸極halbach復(fù)合陣列兩邊的橫向端部連接件連接成一體，形成U型單層凸極halbach復(fù)合陣列。12.應(yīng)用權(quán)利要求1-11中任一權(quán)利要求所述的一種凸極ha I bach復(fù)合永磁電機(jī)，其特征在于:以所述的凸極halbach復(fù)合陣列作為次級(jí)，與相應(yīng)的初級(jí)配合構(gòu)成凸極halbach永磁電機(jī)。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種凸極halbach復(fù)合永磁電機(jī)，其特征在于:所述的凸極halbach復(fù)合陣列與相應(yīng)的初級(jí)構(gòu)成凸極halbach永磁直線電機(jī)，旋轉(zhuǎn)型凸極halbach復(fù)合陣列與相應(yīng)的初級(jí)構(gòu)成凸極halbach永磁旋轉(zhuǎn)電機(jī)，圓筒型凸極halbach復(fù)合陣列與相應(yīng)的初級(jí)構(gòu)成圓筒型凸極ha Ibach永磁直線電機(jī)。
【文檔編號(hào)】H02K41/02GK205509827SQ201520962920
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日
【發(fā)明人】汪旭東, 許孝卓
【申請(qǐng)人】焦作市華鷹機(jī)電技術(shù)有限公司