本发明专利技术公开了一种用于直线电机的类Halbach磁极阵列结构体，是由截面为三角形形状的磁体和截面为平行四边形形状的磁体组成。所述截面为三角形形状的磁体包括有等腰直角三角形形状的磁体、等腰三角形形状的磁体或等腰梯形形状的磁体。本发明专利技术采用三角形形状的磁体与平行四边形形状的磁体相结合，通过装配不同磁路分布磁体来构造不同结构体，这样可产生在磁极阵列上方的强磁场。本发明专利技术设计的充磁方向有横向、纵向、斜向，以相邻充磁方向保持垂直的磁化方向排列，在不增加永磁体体积的情况下，更加发挥了Halbach阵列一侧漏磁很小的优势，可以做到避免背铁的使用，从而减小节约成本的同时满足高性能要求，减小了直线电机次级质量，提高了推力密度，可用于高精尖电机驱动领域。领域。领域。
【技术实现步骤摘要】
一种用于直线电机的类Halbach磁极阵列结构体
[0001]本专利技术涉及一种永磁直线电机，更特别地说，是指一种用于直线电机的类 Halbach磁极阵列结构体。
技术介绍
[0002]随着社会发展和技术进步，直线电机在机器人、精密传动、高端装备制造、 交通运输等方面得到了应用。Halbach阵列凭借其一侧磁场很强，而另一侧磁场 很弱的特点，用来在直线电机中尽可能使少量的磁体产生更强的磁场，同时在电 机外产生磁屏蔽效果。
[0003]浙江大学出版社，在1987年3月出版的《微特直线电机及其控制》，作者丁 志刚，蒋黔麟，陶志鹏。第56、77页中介绍了永磁式直流直线电机中至少有可 动永久磁铁的动子和用于缠绕线圈的定子。线圈绕在定子铁芯上，线圈产生的磁 通在定子的铁芯磁路中闭合。可动永久磁铁置于定子闭合磁路框内，动子与定子 铁芯之间存在着可动永久磁铁产生的磁场，这个磁场与定子线圈载流导体之间相 互作用产生电磁力，使动子产生直线运动。
[0004]Halbach阵列结构是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。Halbach磁极 阵列指每个磁极是由多个按特定充磁方向的永磁体顺序排列而成的。从Halbach 阵列的充磁方向和磁体形状出发，一般地，具有斜向充磁方向的磁体的Halbach 阵列要比不具有斜向磁化方向的磁体的Halbach阵列磁场更强，波形也更加符合 正弦波，但是矩形磁体构成的磁极阵列磁场屏蔽效果不好，会有较大的磁场损耗。
[0005]通常情况下，为了进一步提高磁场的强度并减少磁场损耗，需要在Halbach 阵列弱磁场的一侧加装背铁。而在短初级、长次级的直线电机中，采用加装背铁 的结构的电机次级质量很大，降低了推力密度，增加了电机装配难度。
技术实现思路
[0006]为了在不降低Halbach永磁直线电机的磁场前提下，不使用背铁，从而降 低了直线电机次级的质量，提高推力密度，同时减少电机安装难度，本专利技术通过 对传统的Halbach阵列做出磁体形状和充磁方向上的改进，提出了由截面为三角 形和截面为平行四边形形状的磁体组成的、具有横向、纵向、斜向充磁方向磁体 的类Halbach磁极阵列结构体。
[0007]本专利技术设计的用于直线电机的类Halbach磁极阵列结构体从左至右排列的 磁体是A左端充磁向下－等腰直角三角形磁体(11)、AA充磁斜向315度－平 行四边形磁体(44)、AA充磁向右－等腰三角形磁体(31)、AA充磁斜向45度 －平行四边形磁体(41)、A充磁向上－等腰三角形磁体(21)、A充磁斜向135 度－平行四边形磁体(42)、A充磁向左－等腰三角形磁体(32)、A充磁斜向225 度－平行四边形磁体(43)、A充磁向下－等腰三角形磁体(22)、AB充磁斜向 315度－平行四边形磁体(44A)、AB充磁向右－等腰三角形磁体(31A)、AB 充磁斜向45度－平行四边形磁体(41A)、A右端充磁向上－等腰直角三角形磁 体(12)。
[0008]本专利技术设计的用于直线电机的类Halbach磁极阵列的磁路是相邻磁体的充 磁方
向保持垂直。充磁方向用前头代表的是N极。截面为平行四边形形状的磁体 的充磁方向有：斜向45度充磁磁路、斜向135度充磁磁路、斜向225度充磁磁 路或者斜向315度充磁磁路。截面为三角形形状的磁体的充磁方向有：向上充磁 磁路、向下充磁磁路、向右充磁磁路或者向左充磁磁路。
[0009]本专利技术用于直线电机的类Halbach磁极阵列结构体的优点在于：
[0010]①
本专利技术采用的类Halbach阵列，能增强需要区域里磁场的强度。与传统 Halbach阵列相比，本专利技术产生的磁通密度的纵向分量更大，可以提供更大的横 向输出力。
[0011]②
本专利技术磁屏蔽效果很好，减少了磁能损耗，能达到传统Halbach阵列使 用背铁的效果。所以本专利技术避免了使用背铁，能减轻电机次级的质量，能提高电 机的推力密度。
[0012]③
本专利技术结构装配过程简便。由于在设计各个磁体过程中根据磁块特殊的充 磁方向确定了相应的具体形状，在磁体的生产过程中充磁的难度极大地简化。相 比于传统的Halbach阵列，三角形和四边形形状的磁体组成的磁极阵列，使在结 构装配过程中相邻磁体之间充磁方向不再冲突，这样减小了结构装配过程的难度。
附图说明
[0013]图1是实施例1的类Halbach磁极阵列结构体的结构图。
[0014]图1A是实施例1的类Halbach磁极阵列结构体的正视面结构图。
[0015]图1B是实施例1的类Halbach磁极阵列结构体的立体图。
[0016]图1C是实施例1的类Halbach磁极阵列结构体的另一视角立体图。
[0017]图1D是实施例1的类Halbach磁极阵列结构体的分解图。
[0018]图1E是等腰直角三角形形状磁体的六面视图及立体图。
[0019]图1F是等腰三角形形状磁体的六面视图及立体图。
[0020]图1G是平行四边形形状磁体的六面视图及立体图。
[0021]图1H是实施例1的类Halbach磁极阵列结构体的磁场图。
[0022]图1I是传统存在背铁的磁极阵列结构体的磁场图。
[0023]图1J是实施例1的结构体与存在背铁的结构体的磁通对比图。
[0024]图1K是实施例1的结构体与存在背铁的结构体的气隙磁密度对比图。
[0025]图1L是实施例1的结构体与存在背铁的结构体的推力对比图。图1M是实施例1的结构体产生在磁极阵列上方的强磁场图。
[0026]图2是类Halbach磁极阵列的磁极分布示意图。
[0027]图2A是以坐标系四象限表示的磁极分布图。
[0028]图3是由等腰直角三角形磁体与平行四边形磁体构成的直线电机结构图。
[0029]图4是实施例2的类Halbach磁极阵列结构体的结构图。
[0030]图4A是实施例2的类Halbach磁极阵列结构体的正视面结构图。
[0031]图4B是实施例2的类Halbach磁极阵列结构体的立体图。
[0032]图4C是实施例2的类Halbach磁极阵列结构体的另一视角立体图。
[0033]图4D是实施例2的类Halbach磁极阵列结构体的磁场图。
[0034]图4E是实施例2的类Halbach磁极阵列结构体的气隙磁密度图。
[0035]图4F是实施例2的类Halbach磁极阵列结构体的推力图。
[0036]图5是实施例3的类Halbach磁极阵列结构体的结构图。
[0037]图5A是实施例3的类Halbach磁极阵列结构体的正视面结构图。
[0038]图5B是实施例3的类Halbach磁极阵列结构体的立体图。
[0039]图5C是实施例3的类Halbach磁极阵列结构体的另一视角本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于直线电机的类Halbach磁极阵列结构体，直线电机上至少有定子、动子、以及用于安装磁体的动子骨架；其特征在于：类Halbach磁极阵列结构体从左至右排列的磁体是A左端充磁向下－等腰直角三角形磁体(11)、AA充磁斜向315度－平行四边形磁体(44)、AA充磁向右－等腰三角形磁体(31)、AA充磁斜向45度－平行四边形磁体(41)、A充磁向上－等腰三角形磁体(21)、A充磁斜向135度－平行四边形磁体(42)、A充磁向左－等腰三角形磁体(32)、A充磁斜向225度－平行四边形磁体(43)、A充磁向下－等腰三角形磁体(22)、AB充磁斜向315度－平行四边形磁体(44A)、AB充磁向右－等腰三角形磁体(31A)、AB充磁斜向45度－平行四边形磁体(41A)和A右端充磁向上－等腰直角三角形磁体(12)；磁路是相邻磁体的充磁方向保持垂直；截面为平行四边形形状的磁体的充磁方向有：斜向45度充磁磁路、斜向135度充磁磁路、斜向225度充磁磁路或者斜向315度充磁磁路；截面为三角形形状的磁体的充磁方向有：向上充磁磁路、向下充磁磁路、向右充磁磁路或者向左充磁磁路。2.一种用于直线电机的类Halbach磁极阵列结构体，直线电机上至少有定子、动子、以及用于安装磁体的动子骨架；其特征在于：类Halbach磁极阵列结构体从左至右磁体布局为：B左端充磁向下－等腰直角三角形磁体(1B1)、BA充磁斜向315度－平行四边形磁体(4B4)、BA充磁向右－等腰三角形磁体(3B1)、BA充磁斜向45度－平行四边形磁体(4B1)、B充磁向上－等腰三角形磁体(2B1)、B充磁斜向135度－平行四边形磁体(4B2)、B充磁向左－等腰三角形磁体(3B2)、B充磁斜向225度－平行四边形磁体(4B3)、B充磁向下－等腰三角形磁体(2B2)、BB充磁斜向315度－平行四边形磁体(4B4A)、B充磁向右－等腰三角形磁体(3B1A)、BB充磁斜向45度－平行四边形磁体(4B1A)和B右端充磁向上－等腰直角三角形磁体(1B2)；磁路是相邻磁体的充磁方向保持垂直；截面为平行四边形形状的磁体的充磁方向有：斜向45度充磁磁路、斜向135度充磁磁路、斜向225度充磁磁路或者斜向315度充磁磁路；截面为三角形形状的磁体的充磁方向有：向上充磁磁路、向下充磁磁路、向右充磁磁路或者向左充磁磁路。3.一种用于直线电机的类Halbach磁极阵列结构体...
【专利技术属性】
技术研发人员：严亮，孙启昕，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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