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CN107104528A - 一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子 - Google Patents

一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子 Download PDF

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CN107104528A
CN107104528A CN201710319260.9A CN201710319260A CN107104528A CN 107104528 A CN107104528 A CN 107104528A CN 201710319260 A CN201710319260 A CN 201710319260A CN 107104528 A CN107104528 A CN 107104528A
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CN
China
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permanent magnet
armature spindle
performance
rotors
energy storage
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Pending
Application number
CN201710319260.9A
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English (en)
Inventor
张明军
郑建勇
陈军委
王家彩
吕奇超
刘镍
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Suzhou Roprun Electric Equipment Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Roprun Electric Equipment Co Ltd
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
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    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
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    • H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子，包括转子轴和粘结于转子轴上的Halbach型永磁体阵列；所述Halbach型永磁体阵列由径向和周向充磁的永磁体块交替排列组成，充磁方向依次以90°变化；每块永磁体块的底部呈圆弧状，每块永磁体块底部的圆弧直径均小于转子轴的直径；本发明的一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子，永磁体块的底部圆弧，实际上是在直线或斜线的基础上，局部调整永磁体块的形状，有效地降低了永磁体阵列磁场分布的谐波含量，使磁场分布更加接近正弦形状；同时，也可以增大永磁磁动势、减小热参量，最终获得电机的低损耗和优异的电磁性能。

Description

一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体的说是一种带有圆弧的Halbach型永磁转子结构。
背景技术
高速电动/发电一体电机是飞轮储能系统的核心部件。传统的高速大功率电机的转子几乎都采用瓦片形状，制造容易，工艺简单，但优化设计时通常只可以调节磁块厚度和极弧系数，限制了永磁体性能的提高和使用率，有时难以在众多的优化目标间达到平衡。
设计高速电动/发电一体电机时，不仅需要较大的永磁磁动势以减小定子绕组的热负荷、电流密度等热参量，而且需要非常低的磁场谐波含量以降低电机的涡流损耗；永磁磁动势的增强通常需要增加永磁体的使用量，同时永磁磁场谐波含量的减弱也要求磁场的合理设计，例如，尽可能正弦分布的永磁体磁场才可以获得更加优异的反电动势正弦分布。为实现上述目的，其中一种简单而又有效的方法就是通过永磁体形状的调整，同时满足较大磁动势和近似正弦磁场分布的要求。因此，永磁转子形状的选取和优化，在电机的电磁性能、损耗控制和成本控制方面具有积极的作用。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明的目的是：提出了一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子。
本发明的技术解决方案是这样实现的：一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子，包括转子轴和粘结于转子轴上的Halbach型永磁体阵列；所述Halbach型永磁体阵列由径向和周向充磁的永磁体块交替排列组成，充磁方向依次以90°变化；每块永磁体块的底部呈圆弧状，每块永磁体块底部的圆弧直径均小于转子轴的直径。
优选的，所述转子轴为非导磁非金属材料。
优选的，所述转子轴设置在Halbach型永磁体阵列的内圈。
优选的，所述转子轴设置在Halbach型永磁体阵列的外圈。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明的一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子，永磁体块的底部圆弧，实际上是在直线或斜线的基础上，局部调整永磁体块的形状，有效地降低了永磁体阵列磁场分布的谐波含量，使磁场分布更加接近正弦形状；同时，也可以增大永磁磁动势、减小热参量，最终获得电机的低损耗和优异的电磁性能。
转子轴可以采用非导磁非金属材料，不仅可以减轻转子重量，而且完全消除了导体感应的涡流，降低了转子损耗，提高了电机效率，获得了线性电机模型；整体不仅可以应用于内转子电机，也可以应用于外转子电机，应用范围较广。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
附图1为本发明所述的一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子的一种实施方式的示意图；
附图2为本发明所述的一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子的另一种实施方式的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来说明本发明。
实施例1：
如图1所示，一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子，包括周向充磁的永磁体块2和径向充磁的永磁体块2以及转子轴1；其中周向和径向充磁的永磁体块2交错排列，充磁方向以90°变化，形成永磁体阵列；永磁体阵列表面贴装于转子轴1的外壁，形成永磁内转子结构，三相定子绕组放置于永磁内转子的外侧。
所述周周向充磁的永磁体块2和径向充磁的永磁体块2的底部是圆弧形状，每块永磁体块2底部的圆弧直径均小于转子轴1的直径，所述永磁体块2的底部是指永磁体块2与三相定子绕组相近的一侧，在本实施例中为永磁体阵列的外圈的一侧；其实质是在直线或斜线连接的基础上，通过永磁体块形状的局部调整，经过尺寸的优化设计，在提高永磁磁动势的同时，获得更加正弦分布的磁场特性，从而尽可能地减小磁场谐波含量，降低永磁同步电机的力矩波动和涡流损耗。
所述转子轴1采用非导磁非金属材料，一方面减轻了重量，另一方面，完全消除了由于导体存在而引发的涡流损耗，提高了电机的效率，获得了更容易实现高精度运动控制的电机线性模型。
实施例2：
如图2所示，一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子，包括周周向充磁的永磁体块2和径向充磁的永磁体块2以及空心的转子轴1；其中周向和径向充磁的永磁体块2交错排列，充磁方向以90°变化，形成永磁体阵列；永磁体阵列表面贴装于空心的转子轴1的内壁，形成永磁外转子结构，三相定子绕组放置于永磁外转子的内侧。
所述周周向充磁的永磁体块2和径向充磁的永磁体块2的底部是圆弧形状，每块永磁体块2底部的圆弧直径均小于转子轴1的直径，所述永磁体块2的底部是指永磁体块2与三相定子绕组相近的一侧，在本实施例中为永磁体阵列的内圈的一侧；其实质是在直线或斜线连接的基础上，通过永磁体块形状的局部调整，经过尺寸的优化设计，在提高永磁磁动势的同时，获得更加正弦分布的磁场特性，从而尽可能地减小磁场谐波含量，降低永磁同步电机的力矩波动和涡流损耗。
所述转子轴1采用非导磁非金属材料，一方面减轻了重量，另一方面，完全消除了由于导体存在而引发的涡流损耗，提高了电机的效率，获得了更容易实现高精度运动控制的电机线性模型。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子，其特征在于：包括转子轴和粘结于转子轴上的Halbach型永磁体阵列；所述Halbach型永磁体阵列由径向和周向充磁的永磁体块交替排列组成，充磁方向依次以90°变化；每块永磁体块的底部呈圆弧状，每块永磁体块底部的圆弧直径均小于转子轴的直径。
2.根据权利要求1所述的一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子，其特征在于：所述转子轴为非导磁非金属材料。
3.根据权利要求1所述的一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子，其特征在于：所述转子轴设置在Halbach型永磁体阵列的内圈。
4.根据权利要求1所述的一种用于飞轮储能系统的高性能Halbach型永磁转子，其特征在于：所述转子轴设置在Halbach型永磁体阵列的外圈。
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