一种Halbach永磁体阵列

一种halbach永磁体阵列
技术领域
1.本发明属于永磁体阵列领域，尤其涉及一种halbach永磁体阵列。


背景技术：

2.美国学者klaus halbach于1979年发明了一种特殊的永磁体阵列排列方法，将其称为halbach阵列。在halbach永磁阵列中，由于磁场之间的相互叠加与抵消，使得永磁阵列的一侧磁场强度大幅加强，另一侧磁场强度大幅减小，在保持永磁块体积不变的条件下，通过采用halbach阵列来提高电机的气隙密度。
3.目前，halbach永磁体阵列主要应用在高速电机，磁悬浮列车，磁悬浮平面电机，直线电机，磁轴承和医学方面。一些精密装置，如为纳米级定位设备提供动力的直线电机，为了获得更好的控制效果，需要使得永磁体阵列提供接近完美的正弦磁场，而普通的halbach永磁体阵列产生的磁场与完美正弦磁场有较大的差距。


技术实现要素：

4.技术问题：本发明针对现有的halbach永磁体阵列产生的磁场与完美正弦磁场有较大差距的问题，提出了一种halbach永磁体阵列，取代普通halbach阵列采用的矩形截面磁块。
5.技术方案：为了解决以上问题，本发明提出一种halbach永磁体阵列，该永磁体阵列由第一永磁体块和第二永磁体块交替排列而成；所述第一永磁体块横截面上部为矩形，下部为梯形，并且梯形的腰为圆弧；并且矩形的长和梯形的上边长均为a；梯形的下边城为l，第一永磁体块横截面上部的矩形和下部的梯形关于轴对称，而且，下部梯形的圆弧位于以l/2为半径，与下边和对称轴相切的圆上；所述第二永磁体块横截面上部为矩形，下部为圆弧形，并且，矩形的长为l-a，并且第二永磁体块横截面的下部圆弧位于以上部矩形上边长中心为圆心，半径为l/2的圆上；所述第二永磁体块横截面上部的矩形和下部的圆弧关于轴对称；排列时按照竖直方向向上充磁的第一永磁体块，水平方向向右充磁的第二永磁体块，竖直方向向下充磁的第一永磁体块，水平方向向左充磁的第二永磁体块的顺序紧密贴合排列，每四块构成一个磁场分布周期。
6.进一步的，所述第一永磁体块横截面的高度为
7.进一步的，所述a的范围为
8.进一步的，所述第一永磁体块横截面下部梯形的圆弧形腰为第二永磁体块横截面的下部圆弧的一半。
9.进一步的，所述第二永磁体块横截面的高度为
10.有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：
11.本发明提出的永磁体阵列一侧磁场大大增强，且磁场分布接近完美正弦磁场，另一侧磁场被大大削弱，磁场空间利用率高，均匀度高，漏磁少。磁场强的一侧用于产生驱动电机的洛伦磁力。
附图说明
12.图1由9块永磁体组成的本发明具体实施方式的结构横截面示意图；
13.图2永磁体横截面尺寸关系示意图；
14.图3本发明的新型halbach阵列在时磁力线分布图；
15.图4为距离磁阵列下表面0.4mm时普通halbach阵列与新型halbach阵列永磁体阵列在时的磁通量密度在x，y方向分量的对比图；
16.图5距离磁阵列下表面0.6mm时普通halbach阵列与新型halbach阵列永磁体阵列在时的磁通量密度在x，y方向分量的对比图；
17.图6采用新型halbach永磁阵列构成的直线电机实例简图；
18.图7采用新型halbach永磁阵列构成的磁悬浮平面电机实例简图。
具体实施方式
19.本发明提出一种halbach永磁体阵列，该永磁体阵列由第一永磁体块和第二永磁体块交替排列而成；所述第一永磁体块横截面上部为矩形，下部为梯形，并且梯形的腰为圆弧；并且矩形的长和梯形的上边长均为a；梯形的下边城为l，第一永磁体块横截面上部的矩形和下部的梯形关于轴对称，而且，下部梯形的圆弧位于以l/2为半径，和对称轴相切的圆上；所述第二永磁体块横截面上部为矩形，下部为圆弧形，并且，矩形的长为l-a，并且第二永磁体块横截面的下部圆弧位于以上部矩形上边长中心为圆心，半径为l/2的圆上；所述第二永磁体块横截面上部的矩形和下部的圆弧关于轴对称；排列时按照竖直方向向上充磁的第一永磁体块，水平方向向右充磁的第二永磁体块，竖直方向向下充磁的第一永磁体块，水平方向向左充磁的第二永磁体块的顺序紧密贴合排列，每四块构成一个磁场分布周期。
20.所述第一永磁体块横截面的高度为
21.所述a的范围为
22.所述第一永磁体块横截面下部梯形的圆弧形腰为第二永磁体块横截面的下部圆弧的一半。
23.所述第二永磁体块横截面的高度为
24.第一磁块和第二磁块横截面如图2所示，图1为9块永磁体构成的例子，9块永磁体可产生个周期的正弦磁场。图4和图5分别为距离磁阵列下表面0.4mm时普通halbach阵
列与新型halbach阵列永磁体阵列在时的磁通量密度在x，y方向分量的对比图和距离磁阵列下表面0.6mm时普通halbach阵列与新型halbach阵列永磁体阵列在时的磁通量密度在x，y方向分量的对比图。
25.图3本发明的新型halbach阵列磁力线分布图，由图可以看到磁体阵列下方磁力线密度明显大于上方磁力线密度。图4为新型halbach阵列与下方线圈产生电磁推力，在固定线圈的情况下，通过控制线圈电流变化，使得永磁体阵列做直线运动。图5为使用新型halbach永磁体阵列的磁悬浮平面电机，定子部分是由x和y方向导线层叠构成。通过控制下方导线电流，使得由四组新型halbach永磁体阵列组成的动子实现六自由度的定位控制。


技术特征：
1.一种halbach永磁体阵列，其特征在于，该永磁体阵列由第一永磁体块和第二永磁体块交替排列而成；所述第一永磁体块横截面上部为矩形，下部为梯形，并且梯形的腰为圆弧；并且矩形的长和梯形的上边长均为a；梯形的下边长为l，第一永磁体块横截面上部的矩形和下部的梯形关于轴对称，而且，下部梯形的圆弧位于以l/2为半径，与下边和对称轴相切的圆上；所述第二永磁体块横截面上部为矩形，下部为圆弧形，并且，矩形的长为l-a，并且第二永磁体块横截面的下部圆弧位于以上部矩形上边长中心为圆心，半径为l/2的圆上；所述第二永磁体块横截面上部的矩形和下部的圆弧关于轴对称；排列时按照竖直方向向上充磁的第一永磁体块，水平方向向右充磁的第二永磁体块，竖直方向向下充磁的第一永磁体块，水平方向向左充磁的第二永磁体块的顺序贴合排列，每四块构成一个磁场分布周期。2.根据权利要求1所述的一种halbach永磁体阵列，其特征在于，所述第一永磁体块横截面的高度为3.根据权利要求1或2所述的一种halbach永磁体阵列，其特征在于，所述a的范围为4.根据权利要求1或2所述的一种halbach永磁体阵列，其特征在于，所述第一永磁体块横截面下部梯形的圆弧形腰为第二永磁体块横截面的下部圆弧的一半。5.根据权利要求1或2所述的一种halbach永磁体阵列，其特征在于，所述第二永磁体块横截面的高度为

技术总结
本发明提出一种Halbach永磁体阵列，该永磁体阵列由第一永磁体块和第二永磁体块交替排列而成；所述第一永磁体块横截面上部为矩形，下部为梯形，并且梯形的腰为圆弧；并第一永磁体块横截面上部的矩形和下部的梯形关于轴对称，下所述第二永磁体块横截面上部为矩形，下部为圆弧形，所述第二永磁体块横截面上部的矩形和下部的圆弧关于轴对称；排列时按照竖直方向向上充磁的第一永磁体块，水平方向向右充磁的第二永磁体块，竖直方向向下充磁的第一永磁体块，水平方向向左充磁的第二永磁体块的顺序贴合排列，每四块构成一个磁场分布周期。每四块构成一个磁场分布周期。每四块构成一个磁场分布周期。


技术研发人员：刘程子 赵宇成 葛辉 杨艳 刘泽远
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：2022.12.21
技术公布日：2023/3/10