專利名稱：一種低成本圓周行波正弦磁場的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于磁場領(lǐng)域，特別涉及一種三維圓周行波正弦磁場。
背景技術(shù)：
眾所周知，正交的正弦和余弦磁場可以實(shí)現(xiàn)位移具體位置的解算，可以實(shí)現(xiàn)精確位移測量。由于正弦磁場屬模擬量，在位移測量時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更高分辨率的細(xì)分，對傳輸信號線的要求比數(shù)字量信號對傳輸線的要求的低，所以正弦磁場在高端高分辨率位移測量是不可或缺的。通過對非正弦氣隙磁場進(jìn)行傅里葉分析可知，氣隙磁場中不僅包含基波的正弦磁場，還包含一系列高次諧波，而這些非正弦磁場的高次諧波分量正是引起機(jī)電產(chǎn)品電磁噪音、熱耗散、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、效率低的重要原因。因此，在高性能機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和高端位移測量等領(lǐng)域，理想的正弦磁場是必不可少的。傳統(tǒng)的正弦磁場主要是通過halbach陣列來實(shí)現(xiàn)，雖然隨著陣列每極永磁塊數(shù)的增加，氣隙磁場的正弦化趨于理想，但是每極各磁鐵間的內(nèi)應(yīng)力大，工藝復(fù)雜，組裝困難，且由于徑向輻射充磁目前的工藝還無法實(shí)現(xiàn)圓周整體充磁，因此，圓周行波正弦halbach陣列的徑向磁極多是由至少4塊以上的磁鐵拼裝形成的，這不僅在工藝上難以實(shí)現(xiàn)，使之在實(shí)用化方面大打折扣。并且圓周方向由于存在拼裝的接縫，使整個(gè)行波磁場在圓周方向并不是一個(gè)完整的圓形磁場，而存在嚴(yán)重的畸變，這就對高性能位移檢測和高性能機(jī)電產(chǎn)品的低成本高可靠性設(shè)計(jì)增加了很大的難度。其次，稀土是寶貴資源，我國雖然是稀土大國，但是不能僅靠原材料的出口來增加出口額，最重要的是能合理的充分利用我國稀土資源的優(yōu)勢來設(shè)計(jì)出高性能，低成本的機(jī)電產(chǎn)品來提高裝備的技術(shù)性能，從而改造和提升傳統(tǒng)行業(yè)，提高我們在國際市場的競爭力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)缺點(diǎn)，在對三維磁場深入研究的基礎(chǔ)上，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、正弦性能好、圓周方向不存在畸變的正弦磁場的形成方法。 本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明所述正弦磁場的形成是由多個(gè)主磁極和聚磁極間隔排列而成。其中主磁極和聚磁極各有不同的厚度，并存在一個(gè)合適的厚度比例。主磁極的表面進(jìn)行了修正，聚磁極的表面也做了相應(yīng)的修正。通過主磁極和聚磁極形成的聚磁效應(yīng)使氣隙磁場的峰值盡量高。通過調(diào)整主磁極和聚磁極厚度比例使氣隙磁場的諧波含量盡量低，磁場的波形盡量接近正弦。通過對主磁極和聚磁極接觸邊緣表面的修正，利用磁場的氣隙磁阻效應(yīng)使氣隙磁場的波形進(jìn)一步接近正弦，使氣隙磁場的波形諧波含量進(jìn)一步降低，以達(dá)到接近理想的正弦波形。本發(fā)明的有益效果如下
本發(fā)明的圓周行波正弦磁場具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、正弦性能好、圓周方向不存在波形畸變，因此本發(fā)明的正弦磁場的形成方法可以很好的應(yīng)用于高端位移測量，從而實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。又傳統(tǒng)的機(jī)電轉(zhuǎn)換設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、致動(dòng)器等，要實(shí)現(xiàn)高效率、高功率因數(shù)、低溫升、低諧波、低電網(wǎng)干擾、低轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、精確的位置控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制等，均需要理想的正弦磁場作為保證來實(shí)現(xiàn)高性能工作。因此低成本高性能正弦行波磁場對提高我們基礎(chǔ)工業(yè)和機(jī)電產(chǎn)品的水平，增強(qiáng)機(jī)電性能，降低總體成本，提高控制性能等都有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。通過下面優(yōu)選實(shí)例的具體實(shí)施方式
和本發(fā)明的


，可以更加容易的理解本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。

圖一是本發(fā)明主磁極的外形結(jié)構(gòu)；圖二是本發(fā)明聚磁極的外形結(jié)構(gòu)；圖三是本發(fā)明主磁極和聚磁極的排列結(jié)構(gòu)；圖四是本發(fā)明的磁場波形圖；圖五是現(xiàn)有技術(shù)的磁場波形圖；圖六是本發(fā)明正弦磁場從磁極外徑邊緣處向半徑方向的磁場空間分布曲線；圖七是現(xiàn)有技術(shù)采用halkich陣列形成的圓周磁場分布和本發(fā)明磁場圓周分布的對比簡圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖并結(jié)合優(yōu)選實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述，但本發(fā)明不限于所給出的例子。本發(fā)明正弦磁場的形成是由多個(gè)主磁極和聚磁極間隔排列而組成。其中主磁極和聚磁極各有不同的厚度，并存在一個(gè)合適的厚度比例。主磁極的表面進(jìn)行了修正，聚磁極的表面也做了相應(yīng)的修正。圖一是本發(fā)明主磁極的外形結(jié)構(gòu)，該磁極呈圓環(huán)狀，其內(nèi)徑是10mm，外徑是30mm， 厚度是10mm。磁極采用軸向充磁的方法進(jìn)行充磁，該磁極采用稀土鈷系、鐵氧體系、釹鐵硼系永磁合金材料制成，優(yōu)選高牌號釹鐵硼永磁材料。磁極外徑的兩個(gè)邊緣分別導(dǎo)R = 1. 5mm 的圓角進(jìn)行外形修正。圖二是本發(fā)明聚磁極的外形結(jié)構(gòu)，該磁極呈圓環(huán)狀，其內(nèi)徑是10mm，外徑是30mm， 厚度是7mm。該磁極采用鐵磁材料，比如純鐵系、硅鋼系、A3鋼系、10#鋼系等，優(yōu)選A3鋼系， 聚磁極外徑的兩個(gè)邊緣分別導(dǎo)R = Imm的圓角進(jìn)行外形修正。圖三是本發(fā)明主磁極和聚磁極的一個(gè)排列結(jié)構(gòu)簡圖，圖中的1、3、5、7分別是主磁極，圖中的2、4、6、8分別是聚磁極，其中1、5是按照軸向充磁且磁鐵的N極朝右，其中3、7 是按照軸向充磁且磁鐵的N極朝左。從1和3發(fā)出來的磁力線經(jīng)過聚磁極2匯聚然后經(jīng)過聚磁極半徑方向向空間發(fā)散，然后回到聚磁極4，以形成閉合的磁回路。這樣的經(jīng)過厚度和邊緣方向修正后的磁極排列即可形成本發(fā)明所述的圓周行正弦波磁場，其磁場波形圖如圖四中所示。圖五是現(xiàn)有技術(shù)行波磁場波形變化曲線。通過仿真和具體實(shí)驗(yàn)可知，通過合理的調(diào)整主磁極和聚磁極厚度方向的比例能夠大幅度降低磁場的諧波含量，通過使用較高牌號的磁鐵，并在保證聚磁極不飽和的情況下，可使氣隙磁場峰值保持較高的水平。在主磁極和聚磁極合適的厚度比例基礎(chǔ)上，對主磁極和聚磁極的外緣接觸部分進(jìn)行修正可以進(jìn)一步降低氣隙磁場的諧波含量，使之更加接近理想正弦波。圖六是本發(fā)明正弦磁場從磁極外徑邊緣處向半徑方向的磁場空間分布曲線。由圖可知，隨著半徑的增大，氣隙磁場基本呈對數(shù)曲線方式衰減。因此，在保證氣隙磁場波形不失真的前提下，離磁極外徑邊緣越近，磁場利用率越高。圖七是現(xiàn)有技術(shù)采用halkich陣列形成的圓周磁場分布和本發(fā)明磁場圓周分布的對比簡圖。其中圖中上面的平直線是本發(fā)明的圓周磁場分布圖。圖中下面的帶有周期性畸變的線是現(xiàn)有技術(shù)采用halbach陣列形成的圓周磁場分布圖。由于現(xiàn)有技術(shù)halbach 陣列圓周方向由于存在拼裝的接縫，使整個(gè)行波磁場在圓周方向并不是一個(gè)完整的圓形磁場，存在周期性的畸變，且畸變周期和采用的拼接塊數(shù)成正比關(guān)系。本發(fā)明使用的術(shù)語和表達(dá)旨在用于說明而不用于限制，這些術(shù)語和表達(dá)并不排除所示出和描述的特征的等效物，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)不同的實(shí)施例。盡管由于發(fā)明需要，本發(fā)明公開了優(yōu)選實(shí)例的具體數(shù)據(jù)，但本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員在此基礎(chǔ)上的任何變化均落于本專利的保護(hù)范疇。
權(quán)利要求
1.一種低成本三維圓周行波正弦磁場，是由多個(gè)主磁極和聚磁極間隔排列而成。其中主磁極和聚磁極各有不同的厚度，存在一個(gè)合適的厚度比例。主磁極的表面進(jìn)行了修正，聚磁極的表面也做了相應(yīng)的修正。主磁極和聚磁極形成的聚磁效應(yīng)使氣隙磁場的峰值增高。 調(diào)整主磁極和聚磁極厚度比例使氣隙磁場的諧波含量降低，磁場的波形接近正弦。主磁極和聚磁極接觸邊緣表面的修正，氣隙磁場的波形更加接近正弦，氣隙磁場波形的諧波含量進(jìn)一步降低，以達(dá)到接近理想的正弦波形。
2.根據(jù)專利要求1所述的主磁極為稀土鈷系、鐵氧體系、釹鐵硼系永磁合金材料制成， 優(yōu)選釹鐵硼永磁材料。
3.根據(jù)專利要求1所述的聚磁極為純鐵系、A3鋼系、10#鋼系、硅鋼系鐵磁材料制成， 優(yōu)選A3鋼系材料。
4.根據(jù)專利要求書所述的主磁極和聚磁極合適的厚度比例。
5.根據(jù)專利要求書所述的主磁極的表面進(jìn)行了修正，聚磁極的表面也做了相應(yīng)的修正。
6.根據(jù)專利要求4所述的主磁極的形狀，該磁極呈圓環(huán)狀，其優(yōu)選內(nèi)徑是10mm，優(yōu)選外徑是30mm，優(yōu)選厚度是10mm。
7.根據(jù)專利要求4所述的聚磁極的形狀，該磁極呈圓環(huán)狀，其優(yōu)選內(nèi)徑是10mm，優(yōu)選外徑是30mm，優(yōu)選厚度是7mm。
8.根據(jù)專利要求5所述的主磁極的形狀，主磁極的表面進(jìn)行了優(yōu)選R=1.5mm的圓角修正。
9.根據(jù)專利要求5所述的聚磁極的形狀，聚磁極的表面進(jìn)行了優(yōu)選R=Imm的圓角修正。
全文摘要
本發(fā)明正弦磁場的形成是由多個(gè)主磁極和聚磁極間隔排列而組成。其中主磁極和聚磁極各有不同的厚度，并存在一個(gè)合適的厚度比例。主磁極的表面進(jìn)行了修正，聚磁極的表面也做了相應(yīng)的修正。而形成本發(fā)明所述的三維圓周行波正弦磁場。本發(fā)明的圓周行波正弦磁場具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、正弦性能好、圓周方向不存在波形畸變，因此本發(fā)明的正弦磁場的形成方法可以很好的應(yīng)用于高端位移測量和高性能機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。
文檔編號H01F1/057GK102290191SQ201010204959
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月21日
發(fā)明者李巍 申請人:李巍