專利名稱:復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子，具體涉及的是一種復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach 陣列外轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)的燃油消耗和尾氣排放污染是舉世關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。為了克服現(xiàn)有車(chē)輛中內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)單一驅(qū)動(dòng)車(chē)輛造成的效率低、排放嚴(yán)重等問(wèn)題，各種電機(jī)、電池和功率變換器被引入到車(chē)輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)節(jié)能、減排。
專利號(hào)為PCT/NL03/00155、公開(kāi)號(hào)為W003075437、
公開(kāi)日2003年09月12日的國(guó)際專利和專利號(hào)為200510130739. 5、公開(kāi)號(hào)為CN1945939、
公開(kāi)日2007年04月11日的中國(guó)專利涉及的電機(jī)都是應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車(chē)的具有復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)的特征，即由一個(gè)定子和兩個(gè)轉(zhuǎn)子構(gòu)成，兩個(gè)轉(zhuǎn)子作為一個(gè)雙轉(zhuǎn)子電機(jī)工作，與定子相鄰的外轉(zhuǎn)子與定子作為另一個(gè)普通電機(jī)工作，整個(gè)結(jié)構(gòu)相當(dāng)于兩個(gè)電機(jī)高度復(fù)合在一起。
公開(kāi)號(hào)為W00307M37國(guó)際專利中涉及的復(fù)合在一起的兩個(gè)電機(jī)都為異步電機(jī)， 共用的外轉(zhuǎn)子為雙鼠籠型結(jié)構(gòu)，兩個(gè)電機(jī)工作時(shí)，引起外轉(zhuǎn)子的飽和，致使兩個(gè)電機(jī)磁耦合極大，很難獨(dú)立控制。公開(kāi)號(hào)為CN1945939的中國(guó)專利涉及的復(fù)合在一起的兩電機(jī)共用的外轉(zhuǎn)子為永磁結(jié)構(gòu)，該專利涉及外轉(zhuǎn)子上有一層永磁體同時(shí)為兩電機(jī)提供主磁通，這使得兩電機(jī)控制時(shí)無(wú)法解耦，不能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，影響整個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)的靈活運(yùn)行。還有一些現(xiàn)有技術(shù)中在外轉(zhuǎn)子上有兩層永磁體分別為兩個(gè)電機(jī)提供主磁通，兩層永磁體數(shù)目相同且正對(duì)，這對(duì)于兩個(gè)電機(jī)功率等級(jí)或者基速相差很多的情況來(lái)說(shuō)，是一個(gè)不利的結(jié)構(gòu)若兩側(cè)都選擇少極數(shù)，會(huì)導(dǎo)致速度低的電機(jī)體積增大，功率密度降低；若兩側(cè)都選擇多極數(shù)，會(huì)導(dǎo)致速度高的電機(jī)鐵損增大，效率降低。而且，如果根據(jù)兩電機(jī)的功率等級(jí)或者基速選擇兩層永磁體極數(shù)不同，按照專利涉及的永磁體充磁方式，也會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)電機(jī)磁耦合嚴(yán)重，影響整個(gè)系統(tǒng)的控制和運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)磁耦合問(wèn)題和電機(jī)極數(shù)選擇不靈活問(wèn)題，而提供了復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子。
本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心1、外層Halbach 永磁體陣列2和內(nèi)層Halbach永磁體陣列3組成；轉(zhuǎn)子鐵心1為圓筒形鐵心，外層Halbach 永磁體陣列2和內(nèi)層Halbach永磁體陣列3中的每一個(gè)永磁體均為瓦片形永磁體，外層 Halbach陣列永磁體2的瓦片形永磁體沿圓周方向均勻排列在轉(zhuǎn)子鐵心1的外部，外層 Halbach陣列永磁體2的瓦片形永磁體的磁場(chǎng)減弱一側(cè)的內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子鐵心1的外表面固定連接，內(nèi)層Halbach陣列永磁體3的瓦片形永磁體沿圓周方向均勻排列在轉(zhuǎn)子鐵心1的內(nèi)部，內(nèi)層Halbach陣列永磁體3的瓦片形永磁體的磁場(chǎng)減弱一側(cè)的外表面與轉(zhuǎn)子鐵心1 的內(nèi)表面固定連接。[0007]本發(fā)明轉(zhuǎn)子內(nèi)外兩側(cè)都采用Halbach永磁體陣列，兩層永磁體無(wú)論極數(shù)是否相同，都會(huì)使得轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)磁通極少，轉(zhuǎn)子鐵心很不飽和，不會(huì)引起兩個(gè)電機(jī)的磁路上的耦合，兩個(gè)電機(jī)便可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，整個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)更協(xié)調(diào)的運(yùn)行，復(fù)合在一起的每個(gè)電機(jī)也可根據(jù)實(shí)際需要的功率等級(jí)與基速來(lái)靈活選擇自身磁極數(shù)。另外Halbach永磁體陣列的采用可使轉(zhuǎn)子鐵心采用非導(dǎo)磁材料，從而可大大減小轉(zhuǎn)子鐵心鐵耗，提高電機(jī)效率。
圖1是本發(fā)明轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)剖視圖；圖2是外層Halbach永磁體陣列2和內(nèi)層Halbach 永磁體陣列3都是每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列充磁方向示意圖；圖3是外層Halbach永磁體陣列2和內(nèi)層Halkich永磁體陣列3都是每極三塊的60°充磁的 Halbach永磁體陣列充磁方向示意圖；圖4是外層Halbach永磁體陣列2和內(nèi)層Halbach 永磁體陣列3都是每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列充磁方向示意圖；圖5是外層Halbach永磁體陣列2是每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列、內(nèi)層Halbach永磁體陣列3是每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列充磁方向示意圖；圖6是外層 Halbach永磁體陣列2是每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列、內(nèi)層Halbach永磁體陣列3是四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列充磁方向示意圖；圖7是外層Halbach永磁體陣列2是每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列、內(nèi)層Halbach永磁體陣列3是四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列充磁方向示意圖；圖8是兩組Halbach永磁體陣列均是每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列的磁場(chǎng)分布示意圖，圖9是兩組Halbach 永磁體陣列均是每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列的磁場(chǎng)分布示意圖，圖10是兩組Halbach永磁體陣列均是每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列的磁場(chǎng)分布示意圖；圖11和圖12是一組采用6極，另一組采用4極的磁場(chǎng)分布示意圖，圖11是現(xiàn)有技術(shù)中平行充磁的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)分布示意圖；圖12是本發(fā)明的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)分布示意圖；圖13和圖14是轉(zhuǎn)子鐵心為導(dǎo)磁性材料和非導(dǎo)磁性材料時(shí)，電機(jī)氣隙磁密沿圓周的分布情況的對(duì)比圖，圖 13是轉(zhuǎn)子采用Halbach陣列結(jié)構(gòu)時(shí)的氣隙磁密沿圓周的分布情況示意圖，其中直線表示的是轉(zhuǎn)子鐵心1為導(dǎo)磁材料，虛線表示的是轉(zhuǎn)子鐵心1為非導(dǎo)磁材料，圖14是轉(zhuǎn)子的永磁體采用徑向平行充磁結(jié)構(gòu)時(shí)氣隙磁密沿圓周的分布情況示意圖，其中直線表示的是轉(zhuǎn)子鐵心 1為導(dǎo)磁材料，虛線表示的是轉(zhuǎn)子鐵心1為非導(dǎo)磁材料。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1至圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由轉(zhuǎn)子鐵心1、外層Halbach永磁體陣列2和內(nèi)層Halbach永磁體陣列3組成；轉(zhuǎn)子鐵心1為圓筒形鐵心， 外層Halbach永磁體陣列2和內(nèi)層Halbach永磁體陣列3中的每一個(gè)永磁體均為瓦片形永磁體，外層Halbach陣列永磁體2的瓦片形永磁體沿圓周方向均勻排列在轉(zhuǎn)子鐵心1的外部，外層Halbach陣列永磁體2的瓦片形永磁體的磁場(chǎng)減弱一側(cè)的內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子鐵心1 的外表面固定連接，外層Halbach陣列永磁體2固定時(shí)磁場(chǎng)增強(qiáng)的一側(cè)背離轉(zhuǎn)子鐵心1，內(nèi)層Halbach陣列永磁體3的瓦片形永磁體沿圓周方向均勻排列在轉(zhuǎn)子鐵心1的內(nèi)部，內(nèi)層 Halbach陣列永磁體3的瓦片形永磁體的磁場(chǎng)減弱一側(cè)的外表面與轉(zhuǎn)子鐵心1的內(nèi)表面固定連接，內(nèi)層Halbach陣列永磁體3固定時(shí)磁場(chǎng)增強(qiáng)的一側(cè)背離轉(zhuǎn)子鐵心1。[0010]具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖2、圖3、圖4、圖8、圖9和圖10說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于外層Halbach永磁體陣列2和內(nèi)層Halbach永磁體陣列 3采用相同形式的Halbach永磁體陣列，并且外層Halbach永磁體陣列2和內(nèi)層Halbach永磁體陣列3同時(shí)采用每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列、每極三塊的60°充磁的 Halbach永磁體陣列或每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列中的一種。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。每極永磁體塊數(shù)越多，兩層Halbach陣列之間的磁通越少。 具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖5至圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于外層Halbach永磁體陣列2和內(nèi)層Halbach永磁體陣列3采用不同形式的 Halbach永磁體陣列，并且外層Halbach永磁體陣列2和內(nèi)層Halbach永磁體陣列3分別采用每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列、每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列或每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列中的一種。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一相同。 具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三不同點(diǎn)在于外層Halbach永磁體陣列2采用每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列，內(nèi)層 Halbach永磁體陣列3采用每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列，或者內(nèi)層Halbach 永磁體陣列3和外層Halbach永磁體陣列2所采用的Halbach永磁體陣列形式互換，內(nèi)層 Halbach永磁體陣列3采用每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列，外層Halbach永磁體陣列2采用每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
三相同。 具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖6說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三不同點(diǎn)在于外層Halbach永磁體陣列2采用每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列，內(nèi)層 Halbach永磁體陣列3采用每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列，或者內(nèi)層Halbach 永磁體陣列3和外層Halbach永磁體陣列2所采用的Halbach永磁體陣列形式互換，內(nèi)層 Halbach永磁體陣列3采用每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列，外層Halbach永磁體陣列2采用每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
三相同。 具體實(shí)施方式
六結(jié)合圖7說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三不同點(diǎn)在于外層Halbach永磁體陣列2采用每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列，內(nèi)層 Halbach永磁體陣列3采用每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列，或者內(nèi)層Halbach 永磁體陣列3和外層Halbach永磁體陣列2所采用的Halbach永磁體陣列形式互換，內(nèi)層 Halbach永磁體陣列3采用每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列，外層Halbach永磁體陣列2采用每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
三相同。 具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、四、五或六不同點(diǎn)在于內(nèi)層Halbach永磁體陣列2和外層Halbach永磁體陣列3的極數(shù)相同或極數(shù)不同。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
一、二、三、四、五或六相同。見(jiàn)圖11和圖12，兩個(gè)電機(jī)極數(shù)不同時(shí)，如圖11采用現(xiàn)有技術(shù)中軸向充磁的轉(zhuǎn)子使得兩個(gè)電機(jī)的磁場(chǎng)相互影響大，電機(jī)氣隙磁場(chǎng)沿圓周分布不再均勻?qū)ΨQ，這會(huì)對(duì)電機(jī)的磁拉力和轉(zhuǎn)矩特性造成不良影響；如圖12而采用本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列盤(pán)式轉(zhuǎn)子后，兩個(gè)電機(jī)磁場(chǎng)相互干涉很小， 電機(jī)氣隙磁場(chǎng)幾乎不干擾。通過(guò)對(duì)比可以看出，采用本專利結(jié)構(gòu)可以獲得更好的氣隙磁場(chǎng)分布和轉(zhuǎn)矩特性，并很好地解決兩臺(tái)電機(jī)由于采用不同極數(shù)而造成的磁場(chǎng)干涉和磁場(chǎng)耦合問(wèn)題。 具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
七不同點(diǎn)在于轉(zhuǎn)子鐵心1采用導(dǎo)磁材料或非導(dǎo)磁材料。其它組成和連接方式與具體實(shí)施方式
七相同。見(jiàn)圖13和圖14，由于 Halbach磁場(chǎng)減弱的一側(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度很小，轉(zhuǎn)子鐵心是否為導(dǎo)磁性材料對(duì)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)影響很小。而轉(zhuǎn)子鐵心若為非導(dǎo)磁性材料，則轉(zhuǎn)子鐵心的損耗很小。因?yàn)檫@部分損耗的減少，電機(jī)效率計(jì)算時(shí)也會(huì)提高。而軸向充磁的電機(jī)如果轉(zhuǎn)子鐵心為非導(dǎo)磁性材料，則氣隙磁密有較明顯的下降，對(duì)電機(jī)性能的影響也會(huì)很大。
本
發(fā)明內(nèi)容
不僅限于上述各實(shí)施方式的內(nèi)容，其中一個(gè)或幾個(gè)具體實(shí)施方式
的組合同樣也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子，其特征在于它由轉(zhuǎn)子鐵心(1)、外層 Halbach永磁體陣列⑵和內(nèi)層Halbach永磁體陣列(3)組成；轉(zhuǎn)子鐵心(1)為圓筒形鐵心，外層Halbach永磁體陣列⑵和內(nèi)層Halbach永磁體陣列(3)中的每一個(gè)永磁體均為瓦片形永磁體，外層Halbach陣列永磁體O)的瓦片形永磁體沿圓周方向均勻排列在轉(zhuǎn)子鐵心(1)的外部，外層Halbach陣列永磁體O)的瓦片形永磁體的磁場(chǎng)減弱一側(cè)的內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子鐵心(1)的外表面固定連接，內(nèi)層Halbach陣列永磁體(3)的瓦片形永磁體沿圓周方向均勻排列在轉(zhuǎn)子鐵心(1)的內(nèi)部，內(nèi)層Halbach陣列永磁體(3)的瓦片形永磁體的磁場(chǎng)減弱一側(cè)的外表面與轉(zhuǎn)子鐵心(1)的內(nèi)表面固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子，其特征在于外層 Halbach永磁體陣列(2)和內(nèi)層Halbach永磁體陣列(3)采用相同形式的Halbach永磁體陣列，并且外層Halbach永磁體陣列(2)和內(nèi)層Halbach永磁體陣列(3)同時(shí)采用每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列、每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列或每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子，其特征在于外層 Halbach永磁體陣列(2)和內(nèi)層Halbach永磁體陣列(3)采用不同形式的Halbach永磁體陣列，并且外層Halbach永磁體陣列(2)和內(nèi)層Halbach永磁體陣列(3)采用每極二塊的 90°充磁的Halbach永磁體陣列、每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列或每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子，其特征在于外層 Halbach永磁體陣列(2)采用每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列，內(nèi)層Halbach 永磁體陣列⑶采用每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列，或者內(nèi)層Halbach永磁體陣列(3)和外層Halbach永磁體陣列(2)所采用的Halbach永磁體陣列形式互換。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子，其特征在于外層 Halbach永磁體陣列(2)采用每極二塊的90°充磁的Halbach永磁體陣列，內(nèi)層Halbach 永磁體陣列⑶采用每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列，或者內(nèi)層Halbach永磁體陣列(3)和外層Halbach永磁體陣列(2)所采用的Halbach永磁體陣列形式互換。
6.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子，其特征在于外層 Halbach永磁體陣列(2)采用每極三塊的60°充磁的Halbach永磁體陣列，內(nèi)層Halbach 永磁體陣列⑶采用每極四塊的45°充磁的Halbach永磁體陣列，或者內(nèi)層Halbach永磁體陣列(3)和外層Halbach永磁體陣列(2)所采用的Halbach永磁體陣列形式互換。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1、2、3、4、5或6所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子，其特征在于內(nèi)層Halbach永磁體陣列(3)和外層Halbach永磁體陣列(2)的極數(shù)相同或極數(shù)不同。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子，其特征在于轉(zhuǎn)子鐵心(1)采用導(dǎo)磁材料或非導(dǎo)磁材料。
專利摘要
復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁電機(jī)的Halbach陣列外轉(zhuǎn)子，它涉及復(fù)合結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)外轉(zhuǎn)子，它解決了復(fù)合結(jié)構(gòu)電機(jī)磁耦合問(wèn)題和可靈活選擇電機(jī)極數(shù)問(wèn)題。它的轉(zhuǎn)子鐵心為圓筒形鐵心，外層和內(nèi)層Halbach永磁體陣列中的每一個(gè)永磁體均為瓦片形永磁體，外層和內(nèi)層Halbach陣列永磁體的瓦片形永磁體分別沿圓周方向均勻排列在轉(zhuǎn)子鐵心的外部和內(nèi)部，外層Halbach陣列永磁體的瓦片形永磁體的磁場(chǎng)減弱一側(cè)的內(nèi)表面和內(nèi)層Halbach陣列永磁體的瓦片形永磁體的磁場(chǎng)減弱一側(cè)的外表面分別與轉(zhuǎn)子鐵心的外表面和內(nèi)表面固定連接。無(wú)論極數(shù)是否相同，都會(huì)使得轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)磁通極少，便可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制，整個(gè)混合動(dòng)力系統(tǒng)更協(xié)調(diào)的運(yùn)行，復(fù)合在一起的每個(gè)電機(jī)也可根據(jù)實(shí)際需要的功率等級(jí)與基速來(lái)靈活選擇自身磁極數(shù)。
文檔編號(hào)H02K1/27GKCN101707405 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請(qǐng)?zhí)朇N 200910310623
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2009年11月30日
發(fā)明者佟誠(chéng)德, 柯文靜, 白金剛, 趙靜, 鄭萍 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (3), 非專利引用 (3),