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    Halbach阵列结构

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    点击次数:更新时间:2018-05-12 15:05:15

      1979年,美国学者 Klaus Halbach提出一种新的阵列结构,它是一种将径向与切向阵列结合在一起的永磁体排列方式?后来被称为 Halbach阵列结构?它在电动推杆应用中有如下优点?

      1)它的自屏蔽作用可使磁钢一边的磁场明显增强,而另一边的磁场明显减弱?在永磁电动推杆设计中采用 Halbach阵列,可使气隙侧的磁通密度大幅增加,而转子轭部磁通减小,最适合采用表贴式永磁体的内转子或外转子结构?从而可降低电动推杆的体积和重量,有效提升电动推杆的功率密度?如图6-4所示,每个磁极为由三片不同磁化方向磁片组成的 Halbach阵列结构,显示转子内孔磁场已经很弱?

      2)由于转子轭部磁通显著减小,可减小转子轭部铁磁材料厚度,甚至不用转子磁轭,可降低转子重量和转动惯量,提升系统快速响应性?

      3)磁体以不同方向磁化导致工作点较高,一般超过0.9,提升了水磁材料的利用率?

      4)另外一个特点是使气隙中的磁通密度分布近似于正弦波,有助于降低齿槽转矩和转矩波动?谐波含量低,可采用分数槽集中绕组,定子不必采用斜槽?

    一个8极内转子 Halbach阵列结构的磁场

    图6-4一个8极内转子 Halbach阵列结构的磁场

      有限元磁场分析与样机实验结果表明, Halbach阵列结构是提高永磁电动推杆磁负荷与力能密度的一项有效措施,对于大功率多极永磁电动机,其效果尤为显著?下面是一个12极内转子无刷直流电动机采用 Halbach磁化阵列结构和一般表贴式结构比较的例子?该无刷电动机有相同的18槽定子,外径为90mm,内径为55mm,轴向长度为13mm,气隙长度为0.5mm,磁片厚为2.4mm,采用分数槽集中绕组?对电动推杆转子 Halbach阵列,每极分别分割为由2?3?4?5片磁片组成情况下进行有限元分析,研究它们的齿槽转矩和反电动势波形?随着分割数增加,电动推杆的相反电动势和线反电动势波形逐步接近正弦波?从图6-5给出的每极有3片磁片的 Halbach阵列结构气隙磁通密度分布和反电动势波形就清楚体现出来?采用 Halbach阵列结构的齿槽转矩也得到改善?

      作为对比,图6-6给出有相同尺寸一般表贴式结构18槽12极电动推杆的气隙磁通密度分布和反电动势波形?它的气隙磁通密度分布接近于梯形波(左图),由于q=1/2,相反电动势波形(细线)呈现梯形波,但是线反电动势波形(粗线)已经不是梯形波,与正弦波的差距也很远?

     

     

     



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