專利名稱：混勵(lì)式磁環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁環(huán)，特別是一種由相間而設(shè)的永久磁鐵和電磁鐵組成的混勵(lì)式 磁環(huán)。
背景技術(shù)：
早在1979年，美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的Klaus Halbach教授提出Halbach 永磁陣列，Halbach永磁陣列的應(yīng)用主要集中在高能物理、高速電機(jī)、高精度伺服電機(jī)、直線 的電動(dòng)機(jī)、多自由度電機(jī)、磁懸浮列車系統(tǒng)、磁軸承和醫(yī)學(xué)方面。Halbach陣列是一種新型永 磁體排列方式，它將不同磁化方向的永磁體按照一定的順序排列，使得陣列一邊的磁場顯 著增強(qiáng)而另一邊顯著減弱，且很容易得到在空間較理想正弦分布的磁場。Hal-bach陣列的 這些特性使其在永磁電機(jī)領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，Halbach陣列在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都 受到了廣泛的關(guān)注。通常的永磁電機(jī)設(shè)計(jì)，永磁體多采用徑向(垂直)或切向(水平)陣列 結(jié)構(gòu)，而Halbach陣列是將徑向與切向陣列結(jié)合在一起的一種新型磁性結(jié)構(gòu)。由于Halbach 電機(jī)結(jié)構(gòu)的非凡性，使得它的磁極磁場呈正弦分布，這非凡適合于交流電機(jī)中使用。在相關(guān)的文獻(xiàn)中還提到了關(guān)于Halbach陣列兩種可供選擇的制造方法制造永磁 Halbach陣列的方法及利用繞組實(shí)現(xiàn)Halbach型單邊磁場的方法。(1)方法1 根據(jù)陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用磁體膠將預(yù)先已充磁的磁體段粘連在一 起。因各磁體段之間的互斥力很強(qiáng)，所以在粘連的時(shí)候要使用模具進(jìn)行夾緊。該方法制造 效率較低，但較容易實(shí)現(xiàn)，比較適合實(shí)驗(yàn)室研究階段使用。(2)方法2 首先利用充模或壓模的方法制造一個(gè)完整的磁體，然后在一個(gè)特制的 夾具中進(jìn)行充磁，采用該方法加工出的陣列結(jié)構(gòu)和圖1類似。這種方法加工效率高，比較容 易實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，但需要專門設(shè)計(jì)充磁夾具和制定充磁工藝。(3)方法3 利用特定形狀(三角形繞組)的繞組陣列來實(shí)現(xiàn)Halbach型磁場分布。用以上三種制造方法制造都需要較高的生產(chǎn)技術(shù)及生產(chǎn)成本。本發(fā)明根據(jù)Halbach陣列的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，用永久磁鐵和電磁鐵相結(jié)合的辦法制造混 勵(lì)式Halbach陣列，避免了方法(1)永磁體陣列的各磁體段之間的強(qiáng)互斥力，避免了方法 (2)的復(fù)雜充磁工藝，避免了方法(3)特定形狀繞組的復(fù)雜制造工藝，可以大大降低生產(chǎn)成 本，同時(shí)兼具了永久磁鐵磁通密度高的優(yōu)點(diǎn)和電磁鐵磁通寬范圍的可調(diào)節(jié)性的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種混勵(lì)式磁環(huán)，主要包括永久磁鐵(1)和電磁鐵(2)，其 特征是磁環(huán)由徑向和/或切向和/或軸向電磁鐵與徑向和/或切向和/或斜向和/或軸 向永久磁鐵組成，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵相間而設(shè)?；靹?lì)式磁環(huán)分為混勵(lì)式普通陣列結(jié)構(gòu)的磁環(huán)和混勵(lì)式Halbach陣列結(jié)構(gòu)磁環(huán)兩 大類。
永久磁鐵與電磁鐵在混勵(lì)式普通陣列磁環(huán)中的組合模式為徑向永久磁鐵+徑向 電磁鐵或軸向永久磁鐵+軸向電磁鐵。永久磁鐵與電磁鐵在混勵(lì)式Halbach陣列磁環(huán)中的主要有以下5種組合(1)徑向永久磁鐵+切向電磁鐵(2)切向永久磁鐵+徑向電磁鐵(3)徑向電磁鐵+切向永久磁鐵+切向電磁鐵+切向永久磁鐵(4)徑向電磁鐵+斜向永久磁鐵+切向電磁鐵+斜向永久磁鐵(5)徑向電磁鐵+斜向永久磁鐵+切向電磁鐵+徑向永久磁鐵+切向電磁鐵+斜 向永久磁鐵由于磁極方向?yàn)檩S向的Halbach陣列磁環(huán)應(yīng)用較少，這里不再例舉含有軸向磁鐵 的磁環(huán)的各種組合。由于電磁鐵和永久磁鐵是相間而設(shè)的，所以通常磁環(huán)中電磁鐵的數(shù)量與永久磁鐵 的數(shù)量相同，電磁鐵與永久磁鐵的數(shù)量之和是整數(shù)。電磁鐵與永久磁鐵組成磁環(huán)的方法電磁鐵與永久磁鐵之間用膠水粘接，或者，在 電磁鐵的鐵芯兩側(cè)設(shè)置凹槽，將永久磁鐵部分鑲嵌在凹槽，或者，制作一個(gè)磁環(huán)套，將電磁 鐵和永久磁鐵相間裝在磁環(huán)套中，或者，用膠帶將電磁鐵和永久磁鐵粘連成磁環(huán)。電磁鐵由鐵芯和勵(lì)磁繞組組成。含有斜向永久磁鐵的磁環(huán)需事先設(shè)定電磁鐵的磁 極方向，而不含有斜向永久磁鐵的磁環(huán)則可以根據(jù)需要在接線時(shí)設(shè)定電磁鐵的磁極方向。磁環(huán)中的各個(gè)電磁鐵一般用并聯(lián)的方法或串聯(lián)的方法接線。永久磁鐵可采用希土永久磁鐵、鐵氧體永久磁鐵或橡膠永久磁鐵等。磁環(huán)一般做成三對極磁環(huán)和四對極磁環(huán)，也可以做成一對極磁環(huán)、五對極磁環(huán)等寸。一對極混勵(lì)式Halbach陣列磁環(huán)至少由4塊磁鋼和4個(gè)電磁鐵組成，三對極混勵(lì) 式Halbach陣列磁環(huán)至少由6塊磁鋼和6個(gè)電磁鐵組成，四對極混勵(lì)式Halbach陣列磁環(huán) 至少由8塊磁鋼和8個(gè)電磁鐵組成?；靹?lì)式Halbach陣列磁環(huán)的磁極方向?yàn)閺较?，磁場顯著增強(qiáng)的一邊在磁環(huán)外側(cè)、 磁場顯著減弱一邊在磁環(huán)內(nèi)側(cè)，或者，磁環(huán)的磁極方向?yàn)閺较?，磁場顯著增強(qiáng)的一邊在磁環(huán) 內(nèi)側(cè)、磁場顯著減弱一邊在磁環(huán)外側(cè)，或者，磁環(huán)的磁極方向?yàn)檩S向，磁場顯著增強(qiáng)的一邊 在磁環(huán)軸向的一側(cè)，磁環(huán)軸向的另一側(cè)磁場顯著減弱。電磁鐵的磁場強(qiáng)度一般要求與永久磁鐵強(qiáng)度相適應(yīng)，以使磁環(huán)發(fā)揮出最佳的功 效。


圖1、圖2為本發(fā)明第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖3、圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖5、圖6為本發(fā)明第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖7、圖8為本發(fā)明第四實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖9、圖10為本發(fā)明第五實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖11、圖12為本發(fā)明第六實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。第一實(shí)施例參見圖1，一種混勵(lì)式Halbach陣列結(jié)構(gòu)的3對極磁環(huán)，主要包括永久磁鐵(1)和 電磁鐵(2)，其特征是磁環(huán)由6個(gè)徑向電磁鐵與6塊切向永久磁鐵組成，磁環(huán)中的永久磁 鐵與電磁鐵相間而設(shè)。電磁鐵的磁極方向預(yù)先設(shè)定，S極在磁環(huán)外側(cè)、N極在磁環(huán)內(nèi)側(cè)的電 磁鐵的兩側(cè)與切向永久磁鐵的N極連接；N極在磁環(huán)外側(cè)、S極在磁環(huán)內(nèi)側(cè)的電磁鐵的兩側(cè) 與切向永久磁鐵的S極連接。參見圖2，磁環(huán)磁場的主要磁力線方向，磁環(huán)是一種3對極磁環(huán)，磁環(huán)的內(nèi)側(cè)磁場 顯著增強(qiáng)，磁環(huán)外側(cè)的磁場顯著減弱。第二實(shí)施例參見圖3、圖4，一種混勵(lì)式Halbach陣列結(jié)構(gòu)的4對極磁環(huán)，磁環(huán)由8塊切向永久 磁鐵與8個(gè)徑向電磁鐵組成，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵相間而設(shè)；磁環(huán)的內(nèi)側(cè)磁場顯著 增強(qiáng)，磁環(huán)外側(cè)的磁場顯著減弱，是一種4對極磁環(huán)。其余未述部分同第一實(shí)施例，不再重
Μ. ο第三實(shí)施例參見圖5、圖6，一種混勵(lì)式Halbach陣列結(jié)構(gòu)的4對極磁環(huán)，磁環(huán)由4塊切向永久 磁鐵、8塊斜向永久磁鐵、4個(gè)徑向電磁鐵和8個(gè)切向電磁鐵組成，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁 鐵組合模式為徑向電磁鐵+斜向永久磁鐵+切向電磁鐵+徑向永久磁鐵+切向電磁鐵+ 斜向永久磁鐵；磁環(huán)的外側(cè)磁場顯著增強(qiáng)，磁環(huán)內(nèi)側(cè)的磁場顯著減弱，是一種4對極磁環(huán)。 其余未述部分同第一實(shí)施例，不再重復(fù)。第四實(shí)施例參見圖7、圖8，一種混勵(lì)式Halbach陣列結(jié)構(gòu)的3對極磁環(huán)，磁環(huán)由12塊斜向永 久磁鐵、6個(gè)徑向電磁鐵和6個(gè)切向電磁鐵組成，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵組合模式為 徑向電磁鐵+斜向永久磁鐵+切向電磁鐵+斜向永久磁鐵；磁環(huán)的外側(cè)磁場顯著增強(qiáng)，磁環(huán) 內(nèi)側(cè)的磁場顯著減弱，是一種4對極磁環(huán)。其余未述部分同第一實(shí)施例，不再重復(fù)。第五實(shí)施例參見圖9，圖10，一種混勵(lì)式Halbach陣列結(jié)構(gòu)的1對極磁環(huán)，磁環(huán)由4塊切向永 久磁鐵、2個(gè)徑向電磁鐵和2個(gè)切向電磁鐵組成，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵組合模式為 徑向電磁鐵+切向永久磁鐵+切向電磁鐵+切向永久磁鐵；磁環(huán)的外側(cè)磁場顯著增強(qiáng)，磁環(huán) 內(nèi)側(cè)的磁場顯著減弱，是一種4對極磁環(huán)。其余未述部分同第一實(shí)施例，不再重復(fù)。第六實(shí)施例參見圖11、圖12，一種混勵(lì)式普通陣列結(jié)構(gòu)的6對極磁環(huán)，磁環(huán)由6塊徑向永久磁 鐵和6個(gè)徑向電磁鐵組成。磁環(huán)外側(cè)與磁環(huán)內(nèi)側(cè)的磁場強(qiáng)度相當(dāng)。永久磁鐵與電磁鐵在磁 環(huán)中的組合模式為徑向永久磁鐵+徑向電磁鐵。
權(quán)利要求
一種混勵(lì)式磁環(huán)，主要包括永久磁鐵(1)和電磁鐵(2)，其特征是磁環(huán)由徑向和/或切向和/或軸向電磁鐵與徑向和/或切向和/或斜向和/或軸向永久磁鐵組成，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵相間而設(shè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種混勵(lì)式磁環(huán)，其特征是磁環(huán)為混勵(lì)式普通陣列結(jié)構(gòu)的磁環(huán) 或混勵(lì)式Halbach陣列結(jié)構(gòu)的磁環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種混勵(lì)式磁環(huán)，其特征是混勵(lì)式普通陣列磁環(huán)中的永久磁鐵 與電磁鐵的組合模式為徑向永久磁鐵+徑向電磁鐵或軸向永久磁鐵+軸向電磁鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種混勵(lì)式磁環(huán)，其特征是混勵(lì)式Halbach陣列磁環(huán)中的永久 磁鐵與電磁鐵的組合模式為徑向永久磁鐵+切向電磁鐵，或者，切向永久磁鐵+徑向電磁 鐵，或者，徑向電磁鐵+切向永久磁鐵+切向電磁鐵+切向永久磁鐵，或者，徑向電磁鐵+斜 向永久磁鐵+切向電磁鐵+斜向永久磁鐵，或者，徑向電磁鐵+斜向永久磁鐵+切向電磁鐵 +徑向永久磁鐵+切向電磁鐵+斜向永久磁鐵。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種混勵(lì)式磁環(huán)，其特征是電磁鐵與永久磁鐵組成磁環(huán)的方法 是電磁鐵與永久磁鐵之間用膠水粘接，或者，在電磁鐵的鐵芯兩側(cè)設(shè)置凹槽，將永久磁鐵 部分鑲嵌在凹槽，或者，制作一個(gè)磁環(huán)套，將電磁鐵和永久磁鐵相間裝在磁環(huán)套中，或者，用 膠帶將電磁鐵和永久磁鐵粘連成磁環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種混勵(lì)式磁環(huán)，其特征是電磁鐵由鐵芯和勵(lì)磁繞組組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混勵(lì)式磁環(huán)，主要包括永久磁鐵(1)和電磁鐵(2)，其特征是磁環(huán)由徑向和/或切向和/或軸向電磁鐵與徑向和/或切向和/或斜向和/或軸向永久磁鐵組成，磁環(huán)中的永久磁鐵與電磁鐵相間而設(shè)。
文檔編號H02K1/06GK101951037SQ20101024229
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者李貴祥 申請人:李貴祥