Halbach磁体结构的外转子永磁电机设计分析

新型永磁外转子电机的设计与分析简介永磁外转子电机是一种新型的电机类型，它与传统的永磁内转子电机相比，具有更加优秀的动态特性，转速响应更快、更准确。

除此之外，其结构也更加紧凑，因此具有更加广泛的应用前景。

本文将介绍永磁外转子电机的结构设计和性能分析，并简要介绍其应用领域和发展前景。

永磁外转子电机的结构设计永磁外转子电机的结构相对于传统的永磁内转子电机，最大的不同在于其定子部分是内部，转子部分则成为了外部，同时外部转子的形状也完全不同。

永磁外转子电机主要由两个部分组成，分别为转子和定子。

其中转子由永磁磁铁和轴承支持组成，轴承支持主要起到支撑转子的作用，以确保转子能够平稳旋转。

定子则由线圈和铁芯组成，线圈通过外部设置的电源通电，然后与转子产生电磁作用，驱动转子旋转。

永磁外转子电机的性能优势与传统的永磁内转子电机相比，永磁外转子电机具有以下的性能优势：1.发热量更少永磁外转子电机由于结构更加紧凑，因此空气阻力较小，同时也会产生较少的磁场损耗，从而减少了发热量。

2.效率更高永磁外转子电机的结构使得其转子和定子的距离更近，因此磁阻更小，磁场更强，同时也更加节能。

3.转速响应更快永磁外转子电机具有更快的响应时间，对于需要高速旋转、精密控制的设备非常适合。

应用领域和发展前景永磁外转子电机主要应用于高要求的电机应用领域，特别是在需要高速旋转和精密控制的场合下。

例如，永磁外转子电机对于飞行器、无人机、及医疗等领域均有广泛的应用。

随着科技的进步，永磁外转子电机在未来的发展趋势将会更加广阔，其性能的优秀将会促进其更多的应用。

总结本文简要介绍了永磁外转子电机的结构和性能优势，介绍了其应用领域和发展前景。

仅当有了更好的理解和掌握新型永磁外转子电机的设计和分析，才能促进其在各种领域更加广泛的应用。

分块式halbach型磁钢的永磁同步电机解析分块式Halbach型磁钢的永磁同步电机是一种新型的电机结构，它采
用了Halbach型磁钢排列方式，通过将磁钢分成若干个块状结构，使得电
机的磁场分布更加均匀，从而提高了电机的效率和性能。

具体来说，分块
式Halbach型磁钢的永磁同步电机由若干个磁钢块组成，每个磁钢块都是
由若干个小磁块组成的。

这些小磁块的磁场方向按照Halbach型磁钢的排
列方式排列，从而形成了一个均匀的磁场分布。

在电机运行时，电流通过
定子线圈产生旋转磁场，这个旋转磁场与永磁体中的磁场相互作用，从而
产生了电机的转矩。

由于分块式Halbach型磁钢的永磁同步电机的磁场分
布更加均匀，因此电机的效率和性能都得到了提高。

此外，分块式
Halbach型磁钢的永磁同步电机还具有结构简单、体积小、重量轻等优点，适用于各种场合的应用。

因此，它在电动汽车、风力发电、机器人等领域
具有广泛的应用前景。

新型外转子Halbach永磁阵列定子无铁心电机设计与分析南京航空航天大学江苏省新能源发电与电能变换重点实验室的研究人员耿伟伟、张卓然，在2015年第14期《电工技术学报》上撰文，具有气隙磁密正弦、磁密高等优点的halbach阵列永磁外转子电机应用于飞轮储能系统的电动/发电机可以有效提升系统集成度，简化系统结构，提高系统功率密度。

本文研究分析新型外转子halbach永磁阵列定子无铁心电机的转子结构和定子绕组设计方法；通过有限元方法分析了磁场分布和定子绕组损耗；研究定子绕组区域磁场分布变化特征，采用每匝绕组线圈内部导体换位技术有效抑制线圈导体内部之间的环流；最后，通过场路耦合方法分析定子绕组电流对转子永磁体涡流损耗影响。

本文优化设计的200kW外转子halbach永磁阵列定子无铁心电机的机电能量转化效率高达99%以上。

飞轮储能系统是一种将旋转动能加以储存的新型的高效机械储能技术。

电动/发电机是整个飞轮储能系统机电能量转化的核心部件，永磁电机具有结构紧凑、功率密度高等优势从而成为飞轮储能系统电动/发电机的优选技术[1-3]。

但是，飞轮电机需要解决的一个关键技术问题是空载损耗极小，额定效率高，且具有强过载能力；特别是针对飞轮储能系统的电动/发电机转子处于真空室内，转子散热困难的问题，最大限度减小转子涡流损耗也是其主要设计难点。

外转子永磁电机具有结构紧凑节约空间、转动惯量大、高效低噪等优点，适合应用于飞轮储能系统。

国内外学者针对外转子电机的研究主要集中在结构拓扑、电磁特性和优化设计等方面[4~7]。

Halbach 永磁阵列转子具有气隙磁场分布正弦度高从而减小空间谐波带来的转矩脉动、单边磁屏蔽能力有效增大气隙磁场强度等特性[8~10]，有利于实现外转子拓扑结构。

更为重要的是，为了提高飞轮电机的过载能力和最大限度的降低空载损耗，定子无铁心电机消除了高速运行条件下的空载铁心损耗。

韩国学者开发一种飞轮储能无铁心电动/发电机，其结构为径向双转子halbach永磁阵列结构，输出功率为30kW，最高转速达到20000rpm[11~12]。

Halbach磁体结构的外转子永磁电机设计分析优秀doc资料中图分类号:TM351文献标识码:A 文章编号:100126848(20200720035203Halbach 磁体结构的外转子永磁电机设计分析孙秋霞1,王法庆2(1.哈尔滨工业大学电气工程学院,哈尔滨150001;2.山东大学,济南250061摘要:介绍了halbach 磁体结构的优点,给出了基于halbach 磁体结构的外转子永磁电机的基本模型。

通过有限元分析,比较了halbach 磁体结构与普通磁体结构的外转子永磁电机,验证了halbach 磁体结构外转子永磁电机优越性,并提出其作为直接耦合风力发电机的可能性。

关键词:Halbach 磁体结构;外转子;永磁电机;有限元分析;风力发电机;设计Analysis of a H albach Array permanent Motor with External R otorSUN Qiu 2xia 1,WAN G Fa 2qing 2(1.Depart ment of Elect rical Engineering ,Harbia Instit ute of Technology ,Harbin 150001,China ; 2.Shandong U niversity ,Jinan 250061,ChinaABSTRACT :In t his paper ,a number of att ractive feat ures of halbach array is p resented first ,and t hen t he basic model of a halbach array permanent motor wit h external rotor is given.Through t he finite element analysis ,halbach array permanent magnet machine is st udied com 2pared wit h t he normal array one ,validate t he advantage of t he halbach array permanent motor wit h external rotor.Finally ,bring forward t he po ssibility using for Direct coupled permanent magnet wind power generators .KE Y WOR DS :Halbach array ;External rotor ;Permanent motor ;Finite element analysis ;Wind power generation ;Design收稿日期:20202032200引言随着永磁电机向高效、高速、高功率密度、微型化方向的发展,传统稀土永磁电机也表现出一定的局限性。

电气传动2023年第53卷第4期ELECTRIC DRIVE 2023Vol.53No.4摘要：针对转子为Halbach 结构的永磁电机进行额定功率下的电磁振动和噪声分析，建立了永磁电机径向力波的解析表达式，并分析了引起振动和噪声的两类主要力波，通过解析法确定了电机的主要噪声源。

为了表征Halbach 结构电机的电机特点及其振动噪声性能，比较了Halbach 结构和普通径向充磁结构的两台电机，针对这两台电机分别进行气隙磁密的分析，以及振动和噪声的比较。

对比分析结果表明，Halbach 结构的永磁电机转子轭部更薄，重量更轻，气隙磁密正弦度更高。

但由于径向气隙磁密3次谐波含量的不同，Halbach 结构永磁电机的主要激振频率下的振动加速度幅值相比传统径向充磁结构的永磁电机高出9.56%，总声压级高出0.65dB 。

分析结果为机泵一体化装备的电机选择和设计提供了研究基础。

关键词：Halbach 结构充磁；传统径向充磁；永磁同步电机；振动；噪声中图分类号：TM351文献标识码：ADOI ：10.19457/j.1001-2095.dqcd23510Electromagnetic Vibration and Noise Analysis of Halbach Permanent Magnet MotorLU Xihao ，QIAO Mingzhong ，ZHANG Chi（College of Electrical Engineering ，Naval Engineering University ，Wuhan 430000，Hubei ，China ）Abstract:In view of the electromagnetic vibration and noise analysis of permanent magnet motor with Halbach structure at rated power ，the analytical expression of radial force wave of permanent magnet motor was established ，and two kinds of main force waves which cause vibration and noise were analyzed.The main noise sources of the motor were determined by analytic method.In order to characterize the motor characteristics of the Halbach structure motor and its vibration and noise performance ，two motors of Halbach structure and common radial magnetization structure were compared.For these two motors ，the analysis of the air gap flux density and the comparison of vibration and noise were carried out.The comparative analysis results show that the permanent magnet motor rotor yoke of Halbach structure is thinner ，lighter ，and the air gap flux density is more sinusoidal.However ，due to the different third harmonic content of radial air gap flux density ，the vibration acceleration amplitude under main excitation frequency of Halbach permanent magnet motor are 9.56%higher than those of traditional radial magnetization permanent magnet motor ，and the total sound pressure level is 0.65dB higher.The analysis results provide a research foundation for the selection and design of the motor of the integrated pump-mechanical equipment.Key words:Halbach structure magnetization ；traditional radial magnetization ；permanent magnet synchronous motor ；vibration ；noise基金项目：国家自然科学基金（51877212）作者简介：卢希浩（1997—），男，硕士，Email ：*****************通讯作者：乔鸣忠（1971—），男，博士，教授，Email ：*********************Halbach 结构永磁电机的电磁振动与噪声分析卢希浩，乔鸣忠，张弛（海军工程大学电气工程学院，湖北武汉430000）液体泵是舰艇上的重要设备，现有的液体泵都是采用传统结构，电机通过传动轴带动泵叶转动，将液体输送出去。

新型永磁外转子电机的设计与分析概述永磁外转子电机是一种形式简单、体积小、功率密度高的电机，在汽车、机器人、空调等领域得到广泛应用。

本文将介绍一种新型的永磁外转子电机的设计与分析，其中包括电机的参数计算、电磁场模拟以及磁路设计等内容。

电机设计参数计算在设计永磁外转子电机时，需要确定的关键参数包括机械部分的转子直径D、电气部分的电压V、功率P、电机的效率η等。

其中，电压V和功率P可以通过负载特性曲线确定，而效率η则是由损失和电机结构决定的。

在本次设计中，我们选取了转子直径D为120mm，电压V为24V，功率P为500W。

通过负载特性曲线计算可得到永磁外转子电机的额定电流为21A，效率为88.5%。

磁路设计永磁外转子电机的磁路设计是保证电机良好性能的关键。

本次设计采用了槽型转子，磁体为稀土永磁材料，磁极数为6极。

针对该结构，我们对磁路设计进行了如下优化：•通过优化转子结构，使得永磁材料与铁芯的接触面积最大化，从而提高磁路传递效率；•通过优化机械结构，减小了转子和不良励磁区间的间隙，从而减小了漏磁系数，提高了电机效率；•通过增加铁芯的磁路截面积，减小了铁芯饱和点，提升了永磁外转子电机的负载能力。

电磁场模拟为了验证永磁外转子电机设计的正确性，我们进行了电磁场模拟。

模拟结果表明，本次设计的永磁外转子电机在额定工况下，转矩为17.4N.m，效率为88.3%，与计算值非常接近，证明本次设计的可行性。

总结本文介绍了一种新型永磁外转子电机的设计与分析，其中包括电机参数计算、磁路设计和电磁场模拟等内容。

本次设计的永磁外转子电机结构简单，功率密度高，效率达到88.3%，具有广泛的应用前景。

离散式任意充磁角度halbach永磁电机解析模型研究今天，“离散式任意充磁角度Halbach永磁电机”已经成为研究的热点，它的出现为电力推进技术提供了新的发展方向。

Halbach永磁电机是一种革命性的电机，它具有高效率、高功率和低噪声等优点，已经成为电机领域的一个重要发展趋势。

本文拟以“离散式任意充磁角度Halbach永磁电机解析模型研究”为研究主题，力图形象地介绍其原理、特性及其发展历程。

首先，我们介绍Halbach永磁电机的原理。

Halbach永磁电机是一种以磁场技术被广泛应用的永磁电机，它的特点是把永磁的磁能量集中在各轴的封闭空间内，使得电机的空气动力系数更大，从而提高了电机的效率。

此外，Halbach永磁电机还具有低噪声、轻量化、高转矩和低损耗等优点，可以精确地控制其转动方向和转速。

其次，介绍离散式任意充磁角度Halbach永磁电机的解析模型研究。

为了更好地控制Halbach永磁电机，首先使用位置反馈仪表来检测电机的转角及转速，以便计算出永磁电机的磁场角度。

然后，通过确定永磁电机的磁场角度，再根据机载磁力计的磁场分布特性建立磁场模型，使用离散谱分析法解析该模型，并设计出离散式任意充磁角度Halbach永磁电机的最佳解析模型，为准确控制Halbach永磁电机提供基础。

最后，介绍离散式任意充磁角度Halbach永磁电机在电力推进技术应用中的发展。

随着科技的发展，离散式任意充磁角度Halbach永磁电机在空间动力推进、导弹发动机、轨道飞行器及飞行器控制系统等领域都得到了广泛应用，其有效的拖拽力和精确的控制精度为航天技术提供了有效的支撑。

综上所述，离散式任意充磁角度Halbach永磁电机解析模型研究已经形成了一定的研究规模，并在电力推进技术中发挥了重要作用，但在实际应用中，目前仍存在一定的技术瓶颈，仍需要进一步深入研究。

未来，离散式任意充磁角度Halbach永磁电机将以更高效率和功率的形式发挥其本身的作用，为航天技术的发展提供更大的支持。

离散式任意充磁角度halbach永磁电机解析
模型研究
1 前言
随着科学技术的发展，永磁电机的应用越来越广泛。

传统的永磁电机都采用了经典的等角充电结构，使得它们无法开发出大角度的旋转力矩。

然而，随着技术的进步，出现了相对较新的离散式任意角度充磁的halbach永磁电机，该永磁电机具有传统永磁电机具有优点，在结构及性能方面都有不错的改善和突破，可以发挥出出色的动力性能。

2 方法
halbach永磁电机采用离散式任意充磁角度的特性，这类永磁电机采用的是磁极的离散式充磁的模式，以此来求解充磁角度，采用坐标系方式来进行数学分析，计算永磁电机的充磁角度，以此来达到可以调节力矩。

同时，halbach永磁电机使用三维有限元计算模型，在利用软件来进行相关计算时，可以进行多维结构分析，实现综合分析。

3 结果
通过离散式任意充磁角度的halbach永磁电机解析模型研究，可以实现一定能量优化的永磁电机定子线圈设计。

对充磁进行优化，可以提高消费的索力，可以提高永磁电机的功率，减少磁通率的损失，使永磁电机具有更高的效率，在消费上也能节省很大的功率。

4 结论
halbach永磁电机的离散式任意角度充磁特性，可以有效的提高永
磁电机的功率，传输效率，而且可以有效的改善永磁电机体积和重量。

综上所述，离散式任意充磁角度halbach永磁电机解析模型研究，利
用halbach永磁电机充磁优化，可以使永磁电机达到高效率，高性能，低损耗的特性。

halbach磁体结构
Halbach磁体结构是一种特殊的磁体布局，它的设计可以产生
非常强大和均匀的磁场。

Halbach磁体通常由一系列排列有序的永
磁体组成，这些永磁体的磁化方向经过精心设计，以便在磁体的一
个侧面产生强大的磁场，而在另一侧面则产生较弱的磁场。

Halbach磁体结构的设计原理是基于永磁体的磁场叠加效应。

通过合理地安排永磁体的磁化方向和位置，可以使得磁场在一个侧
面得到增强，而在另一侧面得到减弱。

这种结构可以应用在许多领域，比如磁共振成像设备、磁力传动装置、磁悬浮技术等。

由于Halbach磁体可以产生高度均匀的磁场，因此在一些需要精确控制
磁场的应用中具有重要的意义。

从结构上来看，Halbach磁体通常由多个永磁体组成，这些永
磁体按照一定的规则排列并固定在一个支架或者结构中。

在实际应
用中，设计师需要考虑永磁体的选材、尺寸、磁化方向以及相互之
间的间距等因素，以确保最终的磁体结构可以满足特定的磁场要求。

总的来说，Halbach磁体结构是一种能够产生高度均匀磁场的
特殊设计，它在许多领域都有重要的应用，是磁学领域中的重要研究课题之一。

2021年2月电工技术学报Vol.36 No. 4 第36卷第4期TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Feb. 2021DOI: 10.19595/ki.1000-6753.tces.191554部分分段Halbach永磁同步电机优化设计高锋阳1齐晓东1李晓峰1袁成1庄圣贤2（1. 兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州 7300702. 西南交通大学电气工程学院成都 610031）摘要针对高功率密度的永磁同步电机齿槽转矩及永磁体涡流损耗大的问题，设计一种部分分段Halbach结构的表贴式永磁同步电机，永磁体采用Halbach充磁方式，每极分为三段，主磁极采用单侧部分分段，边界磁极与主磁极不等厚且不等宽。

采用精确子域模型法，将求解域划分为永磁体、气隙、槽身和槽口四个区域，在二维极坐标下计算电机空载气隙磁通密度及齿槽转矩。

建立10极12槽三维电机模型进行电磁仿真分析。

结果表明，部分分段Halbach结构降低了永磁体涡流损耗、齿槽转矩及永磁体体积。

同时，在有限元应力场中建立三维永磁同步电机求解模型，求得等效应力和总变形，确保部分分段结构永磁体的机械强度维持在允许范围内。

关键词：永磁同步电机精确子域模型法部分分段Halbach结构等效应力中图分类号：TM351Optimization Design of Partially-Segmented Halbach PermanentMagnet Synchronous MotorGao Fengyang1 Qi Xiaodong1 Li Xiaofeng1 Yuan Cheng1 Zhuang Shengxian2（1. School of Automation and Electrical Engineering Lanzhou Jiaotong UniversityLanzhou 730070 China2. School of Electrical Engineering Southwest Jiaotong University Chengdu 610031 China）Abstract In order to suppress the cogging torque and reduce the eddy current loss in high power-density permanent magnet synchronous motor, a surface-mounted partially-segmented Halbach structure is designed. The permanent magnets is magnetized with Halbach pattern and each pole is divided into three sections. The main magnetic pole is segmented on single side. The boundary magnetic pole and the main magnetic pole are not equal in thickness and width. A precise subdomain model method is used to divide the solution domain into four regions: permanent magnet, air gap, slot and slot-opening. The magnetic field density of no-load airgap and the cogging torque are calculated under two-dimensional polar coordinates. The 3-D electromagnetic field analysis is carried out with a 10-pole/12-slot permanent magnetic synchronous motor. The simulation results show that the eddy current loss, the cogging torque and the volume of permanent magnet are reduced by partially segmented Halbach structure. Moreover, the equivalent stress and total deformation are calculated based on a 3-D finite element stress model of permanent magnetic synchronous motor, which are also in the tolerant range of mechanical strength.Keywords：Permanent magnet synchronous motor, the precise subdomain model method, partially-segmented Halbach structure, the equivalent stress国家重点研发计划（2018YFB1201602-06）资助。

Halbach磁体结构应用于永磁直线同步电机的研究崔皆凡;蒋莉莉;王贺敏;万俊竹【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2007(029)004【摘要】为提高永磁直线电机的推力,介绍了Halbach磁体结构的基本工作原理,分析了采用Halbach磁体结构的磁体排列方式及磁体的磁化规律.并以一台永磁直线同步电机为例,确定了适合该直线电机的Halbach磁体结构形式,对比分析了不同磁体排列方式的永磁直线同步电机空载运行推力特性.分析结果表明采用Halbach 磁体结构不仅可以改善气隙磁场分布、提高永磁直线同步电机的推力,而且可以减小永磁直线同步电动机的推力波动.因此将Halbach磁体结构应用于永磁直线同步电机中与常规永磁体结构的永磁直线同步电机相比具有很大的优越性.【总页数】4页(P400-403)【作者】崔皆凡;蒋莉莉;王贺敏;万俊竹【作者单位】沈阳工业大学,电气工程学院,沈阳,110023;沈阳工业大学,电气工程学院,沈阳,110023;沈阳工业大学,电气工程学院,沈阳,110023;沈阳工业大学,电气工程学院,沈阳,110023【正文语种】中文【中图分类】TM351【相关文献】1.Halbach磁体结构电动机及其与常规磁体结构电动机的比较研究(I)--磁体结构及有导磁铁心电动机的对比研究 [J], 徐衍亮;姚福安;房建成2.HALBACH磁体结构电动机及其与常规磁体结构电动机的比较研究(Ⅱ)--无导磁铁心电机的对比研究及样机实验 [J], 徐衍亮;姚福安;房建成3.应用于磁浮列车的直线型Halbach磁体结构的优化设计 [J], 李春生;杜玉梅;严陆光4.应用于单边核磁共振仪器磁体结构的Halbach磁体仿真分析 [J], 孙新凯;杨建中;杨义勇5.Halbach圆筒型永磁直线同步电机永磁体用量优化研究 [J], 李庆辉;刘旭;曹阳;刘阳;卢秀春因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

外转子Halbach阵列永磁电机有限元分析总结本文以一台外转子Halbach阵列永磁电机为例，分别对其在空载运行和额定运行工况下的气隙磁场进行了有限元仿真，分析探讨了Halbach阵列的特点，结果表明Halbach阵列的正弦性能好，可以提供较高的气隙磁密，在外转子电机方面具有较好的应用价值。

参考文献[1]R.Krishnan.Permanent magnet synchronous and brushless DC motor drives[M].Boca Raton：CRC Press/T aylor & Francis，2010.[2]Zhu Z Q，Xia Z P，Howe Dparative study of electromagnetic performance of alternative Halbach and conventional radially magnetized permanent magnet brushless motors[C].International Conference on Electrical Machines and Systems，2008，2778-2783.[3]王凤翔.Halbach阵列及其在永磁电机设计中的应用[J].微特电机，1999，27（04）：22-24.[4]徐衍亮，姚福安，房建成.Halbach磁体结构电动机及其与常规磁体结构电动机的比较研究[J].电工技术学报，2004，19（02）：79-82.作者简介吴哲（1992-），男，大学本科学历。

主要研究方向为永磁电机设计。

王志强（1984-），男，工学博士。

讲师。

主要研究方向为永磁电机系统设计及控制。

张登峰（1993-），大学本科学历。

主要研究方向为永磁电机设计。

作者单位天津工业大学电气与自动化工程学院天津市300387 感谢您的阅读！。