一種凸型磁塊Halbach永磁陣列的制作方法
【專利摘要】本發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上，使磁力線分布更接近于正弦分布，同時增強了磁場強度。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合在一起的一種磁陣列結構，使得永磁陣列一側磁場強度大幅度增加，另一側磁場強度大幅度削弱，但由于磁場的分布和正弦分布有較大偏差，在精密定位等應用場合，普通的Halbach磁場特性不能滿足其高精度要求。本發明提出一種凸型橫截面磁塊的Halbach磁陣列，每個磁塊都是凸型截面，仍采用Halbach陣列排列方式，則在相同的尺寸和剩余磁感應強度的條件下，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度。本發明主要用于直線永磁電機和旋轉永磁電機的永磁陣列。
【專利說明】-種凸型磁塊Halbach永磁陣列
【技術領域】
[0001] 本發明涉及永磁電機領域，包括直線永磁電機結構設計制造。
【背景技術】
[0002] 1979年，美國學者Klaus Halbach在做電子加速實驗時，發現了一種特殊的永磁 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，使得永磁陣列一側的磁場強度大幅度增加，而另一側的磁場強度大 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陣列來提高電機的氣 隙密度。
[0003] 目前，Halbach永磁陣列的應用主要直接應用在高能物理、高速電機、磁懸浮列車 系統、磁軸承和醫學方面，尤其在電機中被廣泛應用。一些精密裝置，如為納米級定位機構 提供動力的直線電機，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。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于針對現有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度。
[0005] 永磁陣列由橫截面為凸型的磁塊排列而成。本發明的優點在于：磁陣列一側可形 成接近完美的正弦磁場，另一側的磁場被大大減弱，磁場空間利用率大、均勻度高、漏磁少。 磁場強的一側用于產生電機驅動的洛倫茲力，另一側由于磁場很弱，對周圍環境的干擾很 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明【具體實施方式】的結構橫截面示意圖。
[0007] 圖2是凸型磁塊的橫截面尺寸關系示意圖。
[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時兩種磁陣列的磁通量密度的對比圖。
[0011] 圖6是距離磁陣列下表面0. 6mm時兩種磁陣列的磁通量密度的對比圖。
[0012] 圖7是采用凸型磁塊Halbach永磁陣列構成的直線電機實例簡圖。
【具體實施方式】
[0013] 如圖1所示，本發明【具體實施方式】為由大小相等、形狀相同的數塊橫截面為凸型 的永磁磁塊，每塊磁塊的剩余磁感應強度大小相同，按Halbach磁陣列排列方式排列成一 個長方體，用于直線電機的永磁陣列，圖1為9塊磁塊構成磁陣列的例子，9塊永磁體可產生 2I個周期的正弦磁場，可通過按同樣排列規律增減磁塊的數目改變直線電機的行程大小。 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，整體沿中心對稱，磁塊寬度為L，高度為H，凸臺 寬度為L/3,高度為H/2。
[0015] 圖3所示為普通Halbach陣列兩側的磁力線分布。可見磁陣列上方一側的磁場被 削弱，下方的磁場被增強。
[0016] 如圖4所示本發明的凸型磁塊Halbach陣列兩側的磁力線分布。可見與普通 Halbach磁陣列相比進一步增強了磁陣列下方的磁場強度。
[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永磁陣列與下方對應的線圈構成直線電機實例，線圈中 通入隨時間變化的三相對稱正弦電流后，產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生的氣隙磁場相互作用，產生電磁推力，在線圈固定的情 況下，永磁陣列將沿著行波磁場運動的方向作直線運動。
【權利要求】
1. 一種用于永磁電機的凸型磁塊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. 根據權利要求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 形狀相對高度方向對稱，凸臺高度為整體高度的二分之一，凸臺寬度為整體寬度的三分之 〇
3. 根據權利要求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，每四塊為一組構成一個磁場分布周期，每塊凸型磁塊按照Halbach陣列充磁方向 充磁。
【文檔編號】H02K1/08GK104333150SQ201410602830
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月2日 優先權日:2014年11月2日
【發明者】馬樹元, 宋寧冉, 徐偉, 謝虎, 孫振寧 申請人:北京理工大學