一種凸型磁塊Halbach永磁陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種凸型磁塊Halbach永磁陣列，該永磁陣列在保持Halbach永磁陣列基本特性的基礎(chǔ)上，使磁力線分布更接近于正弦分布，同時(shí)增強(qiáng)了磁場強(qiáng)度。普通的Halbach永磁陣列是一種將矩形橫截面磁塊按徑向充磁方向與切向充磁方向排列結(jié)合在一起的一種磁陣列結(jié)構(gòu)，使得永磁陣列一側(cè)磁場強(qiáng)度大幅度增加，另一側(cè)磁場強(qiáng)度大幅度削弱，但由于磁場的分布和正弦分布有較大偏差，在精密定位等應(yīng)用場合，普通的Halbach磁場特性不能滿足其高精度要求。本發(fā)明提出一種凸型橫截面磁塊的Halbach磁陣列，每個(gè)磁塊都是凸型截面，仍采用Halbach陣列排列方式，則在相同的尺寸和剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度的條件下，使磁場具有更好的正弦分布特性，并在一定程度上提高了磁場強(qiáng)度。本發(fā)明主要用于直線永磁電機(jī)和旋轉(zhuǎn)永磁電機(jī)的永磁陣列。
【專利說明】-種凸型磁塊Halbach永磁陣列

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及永磁電機(jī)領(lǐng)域，包括直線永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制造。

【背景技術(shù)】
[0002] 1979年，美國學(xué)者Klaus Halbach在做電子加速實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一種特殊的永磁 鐵陣列排列方式，稱為Halbach永磁陣列。在Halbach永磁陣列中，由于切向磁場與徑向磁 場的相互疊加與抵消，使得永磁陣列一側(cè)的磁場強(qiáng)度大幅度增加，而另一側(cè)的磁場強(qiáng)度大 幅度削弱。在保持永磁塊體積不變的條件下，可以通過采用Halbach陣列來提高電機(jī)的氣 隙密度。
[0003] 目前，Halbach永磁陣列的應(yīng)用主要直接應(yīng)用在高能物理、高速電機(jī)、磁懸浮列車 系統(tǒng)、磁軸承和醫(yī)學(xué)方面，尤其在電機(jī)中被廣泛應(yīng)用。一些精密裝置，如為納米級(jí)定位機(jī)構(gòu) 提供動(dòng)力的直線電機(jī)，為了獲得更好的控制性能，需要磁陣列提供接近于完美的正弦磁場， 而普通的Halbach永磁陣列生成的磁場與完美的正弦磁場有較大的差距。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有Halbach永磁陣列生成的磁場與完美的正弦磁場有 較大的差距的問題，提出一種凸型橫截面磁塊的Halbach永磁陣列，取代普通Halbach永磁 陣列采用的矩形截面磁塊。該永磁陣列的磁場具有更完美的正弦分布和更高的磁場強(qiáng)度。
[0005] 永磁陣列由橫截面為凸型的磁塊排列而成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：磁陣列一側(cè)可形 成接近完美的正弦磁場，另一側(cè)的磁場被大大減弱，磁場空間利用率大、均勻度高、漏磁少。 磁場強(qiáng)的一側(cè)用于產(chǎn)生電機(jī)驅(qū)動(dòng)的洛倫茲力，另一側(cè)由于磁場很弱，對(duì)周圍環(huán)境的干擾很 小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是由9塊凸型磁塊組成的本發(fā)明【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)橫截面示意圖。
[0007] 圖2是凸型磁塊的橫截面尺寸關(guān)系示意圖。
[0008] 圖3是普通Halbach陣列磁力線分布圖。
[0009] 圖4是本發(fā)明的凸型磁塊Halbach陣列磁力線分布圖。
[0010] 圖5是距離磁陣列下表面0. 4mm時(shí)兩種磁陣列的磁通量密度的對(duì)比圖。
[0011] 圖6是距離磁陣列下表面0. 6mm時(shí)兩種磁陣列的磁通量密度的對(duì)比圖。
[0012] 圖7是采用凸型磁塊Halbach永磁陣列構(gòu)成的直線電機(jī)實(shí)例簡圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 如圖1所示，本發(fā)明【具體實(shí)施方式】為由大小相等、形狀相同的數(shù)塊橫截面為凸型 的永磁磁塊，每塊磁塊的剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同，按Halbach磁陣列排列方式排列成一 個(gè)長方體，用于直線電機(jī)的永磁陣列，圖1為9塊磁塊構(gòu)成磁陣列的例子，9塊永磁體可產(chǎn)生 2I個(gè)周期的正弦磁場，可通過按同樣排列規(guī)律增減磁塊的數(shù)目改變直線電機(jī)的行程大小。 圖1中箭頭所示為各磁塊磁化方向。
[0014] 如圖2所示，凸型磁塊的橫截面中，整體沿中心對(duì)稱，磁塊寬度為L，高度為H，凸臺(tái) 寬度為L/3,高度為H/2。
[0015] 圖3所示為普通Halbach陣列兩側(cè)的磁力線分布?？梢姶抨嚵猩戏揭粋?cè)的磁場被 削弱，下方的磁場被增強(qiáng)。
[0016] 如圖4所示本發(fā)明的凸型磁塊Halbach陣列兩側(cè)的磁力線分布?？梢娕c普通 Halbach磁陣列相比進(jìn)一步增強(qiáng)了磁陣列下方的磁場強(qiáng)度。
[0017] 圖5為距離兩種永磁陣列下表面0. 2mm平面處的磁通量密度曲線，圖6為距離兩 種永磁陣列下表面0. 4mm平面處的磁通量密度曲線，可見凸型磁塊Halbach永磁陣列的磁 場分布更接近于正弦分布。
[0018] 圖7為凸型磁塊Halbach永磁陣列與下方對(duì)應(yīng)的線圈構(gòu)成直線電機(jī)實(shí)例，線圈中 通入隨時(shí)間變化的三相對(duì)稱正弦電流后，產(chǎn)生平移的正弦形分布的氣隙磁場。凸型磁塊 Halbach永磁陣列的磁場與線圈產(chǎn)生的氣隙磁場相互作用，產(chǎn)生電磁推力，在線圈固定的情 況下，永磁陣列將沿著行波磁場運(yùn)動(dòng)的方向作直線運(yùn)動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于永磁電機(jī)的凸型磁塊Halbach永磁陣列，其特征在于永磁塊橫截面為凸 型，排列方式為Halbach排列。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸型磁塊Halbach永磁陣列，其特征在于凸型磁塊的橫截面 形狀相對(duì)高度方向?qū)ΨQ，凸臺(tái)高度為整體高度的二分之一，凸臺(tái)寬度為整體寬度的三分之 〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸型磁塊Halbach永磁陣列，其特征在于凸型磁塊正反向交 替排列，每四塊為一組構(gòu)成一個(gè)磁場分布周期，每塊凸型磁塊按照Halbach陣列充磁方向 充磁。
【文檔編號(hào)】H02K1/08GK104333150SQ201410602830
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月2日
【發(fā)明者】馬樹元, 宋寧冉, 徐偉, 謝虎, 孫振寧 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)