基于多边形密铺Halbach外转子磁极构型的驱动器及电推进装置

技术特征：
1.一种基于多边形密铺halbach外转子磁极构型的驱动器，包括机壳、定子和转子，所述定子和所述转子自内而外依次同轴套装在所述机壳内，所述转子能相对所述定子绕轴线转动，所述定子包括定子铁芯和线圈绕组，所述定子铁芯的外周均布有多个定子齿槽，所述线圈绕组绕设在所述定子齿槽内，所述转子包括转子磁极阵列，所述转子磁极阵列与所述机壳固定连接，所述转子磁极阵列的整体呈圆环状排布，所述转子磁极阵列与所述机壳固定连接，所述转子磁极阵列与所述定子铁芯之间留有气隙，其特征在于：所述转子磁极阵列包括外层类梯形永磁体、中间层矩形永磁体、内层类梯形永磁体、第一中间层三角形导磁体和第二中间层三角形导磁体；所述外层类梯形永磁体的下底与所述机壳的内表面相靠贴合，所述第一中间层三角形导磁体的下底与所述外层类梯形永磁体的上底相靠贴合，所述第一中间层三角形导磁体的顶角指向轴心，所述内层类梯形永磁体的上底朝向所述机壳的一侧，所述内层类梯形永磁体的下底形成所述转子的圆弧内面，所述第二中间层三角形导磁体的下底与所述外层类梯形永磁体的上底相靠贴合，所述第一中间层三角形导磁体的顶角背离轴心，所述外层类梯形永磁体和所述第一中间层三角形导磁体所形成的第一磁极单元与所述内层类梯形永磁体和所述第二中间层三角形导磁体所形成的第二磁极单元沿所述转子的圆周方向间隔交替布置，所述中间层矩形永磁体设置在相邻的所述第一磁极单元和所述第二磁极单元之间，且所述中间层矩形永磁体的第一侧面与所述第一磁极单元的侧面相靠贴合，所述中间层矩形永磁体的第二侧面与所述第一磁极单元的侧面相靠贴合；所述外层类梯形永磁体的充磁方向指向轴线或背向轴线，且相邻的两个所述外层类梯形永磁体的充磁方向相反；所述内层类梯形永磁体的充磁方向平行于所述内层类梯形永磁体的底边，且相邻的两个所述内层类梯形永磁体的充磁方向相反；所述中间层矩形永磁体的充磁方向垂直于所述中间层矩形永磁体与所述外层类梯形永磁体或所述内层类梯形永磁体相靠的侧面，且在同一闭合磁路上的相邻两个所述中间层矩形永磁体中，其中一个中间层矩形永磁体的充磁方向由充磁方向为背离轴心的内层类梯形永磁体指向外层类梯形永磁体，另一个中间层矩形永磁体的充磁方向由外层类梯形永磁体指向充磁方向为指向轴心的内层类梯形永磁体；相邻的两个所述定子齿槽内的线圈绕组的通电方向相反。2.根据权利要求1所述的基于多边形密铺halbach外转子磁极构型的驱动器，其特征在于：每一所述定子齿槽内至少设有两个所述线圈绕组，同一所述定子齿槽内的各组线圈绕组的通电方向相同。3.根据权利要求1所述的基于多边形密铺halbach外转子磁极构型的驱动器，其特征在于：所述第一中间层三角形导磁体和第二中间层三角形导磁体均为软磁材料。4.根据权利要求1所述的基于多边形密铺halbach外转子磁极构型的驱动器，其特征在于：所述定子齿槽为等槽宽的凹槽。5.根据权利要求1所述的基于多边形密铺halbach外转子磁极构型的驱动器，其特征在于：所述第一磁极单元和所述第二磁极单元均设有16个，所述定子齿槽设有18个。6.一种电推进装置，其特征在于：包括支座、固定轴、后端盖、轴承、螺旋桨以及权利要求1至5任一项所述的基于多边形密铺halbach外转子磁极构型的驱动器，所述固定轴与所述支座固定连接，所述后端盖为所述机壳的后端盖并通过所述轴承连接在所述固定轴上，
所述螺旋桨连接在所述机壳上，所述定子上设有与所述固定轴连接的轴孔。7.根据权利要求6所述的电推进装置，其特征在于：所述机壳的前端连接有前端盖，所述前端盖的轴心位置设有与所述机壳连通的导流孔，所述前端盖的端面设有多个呈旋涡状布置的长短扇叶，多个所述长短扇叶朝向所述导流孔汇聚。8.根据权利要求7所述的电推进装置，其特征在于：所述前端盖的中部盖设有导流罩。9.根据权利要求6至8任一项所述的电推进装置，其特征在于：还包括变压器，所述变压器固定在所述固定轴上，且位于所述后端盖和所述支座之间。10.根据权利要求9所述的电推进装置，其特征在于：所述后端盖和所述支座之间形成有可供所述变压器放置的容置腔。

技术总结
本发明公开了基于多边形密铺Halbach外转子磁极构型的驱动器，其通过外层类梯形永磁体、中间层矩形永磁体、内层类梯形永磁体、第一中间层三角形导磁体和第二中间层三角形导磁体构成的转子磁极阵列，并采用哈尔巴赫充磁方式，使得每个定子齿槽内线圈绕组受到的电磁力沿圆周切向形成闭环，从而外转子受到稳定的力矩，实现稳定转动；同时还能够形成磁屏蔽，提高磁钢利用率，确保电机中的气隙磁通密度足够大的同时，增大输出转矩，降低转矩脉动，提高功率密度；此外，本驱动器能够完全去除背铁，达到转子轻量化目的，即能够在降低转子重量的情况下，改善了气隙磁密分布，提升了转矩特性，提升电机动态性能。本发明还公开了应用该驱动器的电推进装置。电推进装置。电推进装置。


技术研发人员：董子薇 严亮 张璐 苏航
受保护的技术使用者：北京航空航天大学宁波创新研究院
技术研发日：2022.07.04
技术公布日：2022/10/25