专利名称：混励式磁环的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁环，特别是一种由相间而设的永久磁铁和电磁铁组成的混励式 磁环。
背景技术：
早在1979年，美国劳伦斯伯克利国家实验室的Klaus Halbach教授提出Halbach 永磁阵列，Halbach永磁阵列的应用主要集中在高能物理、高速电机、高精度伺服电机、直线 的电动机、多自由度电机、磁悬浮列车系统、磁轴承和医学方面。Halbach阵列是一种新型永 磁体排列方式，它将不同磁化方向的永磁体按照一定的顺序排列，使得阵列一边的磁场显 著增强而另一边显著减弱，且很容易得到在空间较理想正弦分布的磁场。Hal-bach阵列的 这些特性使其在永磁电机领域中具有广阔的应用前景，Halbach阵列在学术界和工业界都 受到了广泛的关注。通常的永磁电机设计，永磁体多采用径向(垂直)或切向(水平)阵列 结构，而Halbach阵列是将径向与切向阵列结合在一起的一种新型磁性结构。由于Halbach 电机结构的非凡性，使得它的磁极磁场呈正弦分布，这非凡适合于交流电机中使用。在相关的文献中还提到了关于Halbach阵列两种可供选择的制造方法制造永磁 Halbach阵列的方法及利用绕组实现Halbach型单边磁场的方法。(1)方法1 根据阵列的拓扑结构，使用磁体胶将预先已充磁的磁体段粘连在一 起。因各磁体段之间的互斥力很强，所以在粘连的时候要使用模具进行夹紧。该方法制造 效率较低，但较容易实现，比较适合实验室研究阶段使用。(2)方法2 首先利用充模或压模的方法制造一个完整的磁体，然后在一个特制的 夹具中进行充磁，采用该方法加工出的阵列结构和图1类似。这种方法加工效率高，比较容 易实现批量化生产，但需要专门设计充磁夹具和制定充磁工艺。(3)方法3 利用特定形状(三角形绕组)的绕组阵列来实现Halbach型磁场分布。用以上三种制造方法制造都需要较高的生产技术及生产成本。本发明根据Halbach阵列的拓扑结构，用永久磁铁和电磁铁相结合的办法制造混 励式Halbach阵列，避免了方法(1)永磁体阵列的各磁体段之间的强互斥力，避免了方法 (2)的复杂充磁工艺，避免了方法(3)特定形状绕组的复杂制造工艺，可以大大降低生产成 本，同时兼具了永久磁铁磁通密度高的优点和电磁铁磁通宽范围的可调节性的优点。
发明内容
本发明是这样实现的一种混励式磁环，主要包括永久磁铁(1)和电磁铁(2)，其 特征是磁环由径向和/或切向和/或轴向电磁铁与径向和/或切向和/或斜向和/或轴 向永久磁铁组成，磁环中的永久磁铁与电磁铁相间而设。混励式磁环分为混励式普通阵列结构的磁环和混励式Halbach阵列结构磁环两 大类。
永久磁铁与电磁铁在混励式普通阵列磁环中的组合模式为径向永久磁铁+径向 电磁铁或轴向永久磁铁+轴向电磁铁。永久磁铁与电磁铁在混励式Halbach阵列磁环中的主要有以下5种组合(1)径向永久磁铁+切向电磁铁(2)切向永久磁铁+径向电磁铁(3)径向电磁铁+切向永久磁铁+切向电磁铁+切向永久磁铁(4)径向电磁铁+斜向永久磁铁+切向电磁铁+斜向永久磁铁(5)径向电磁铁+斜向永久磁铁+切向电磁铁+径向永久磁铁+切向电磁铁+斜 向永久磁铁由于磁极方向为轴向的Halbach阵列磁环应用较少，这里不再例举含有轴向磁铁 的磁环的各种组合。由于电磁铁和永久磁铁是相间而设的，所以通常磁环中电磁铁的数量与永久磁铁 的数量相同，电磁铁与永久磁铁的数量之和是整数。电磁铁与永久磁铁组成磁环的方法电磁铁与永久磁铁之间用胶水粘接，或者，在 电磁铁的铁芯两侧设置凹槽，将永久磁铁部分镶嵌在凹槽，或者，制作一个磁环套，将电磁 铁和永久磁铁相间装在磁环套中，或者，用胶带将电磁铁和永久磁铁粘连成磁环。电磁铁由铁芯和励磁绕组组成。含有斜向永久磁铁的磁环需事先设定电磁铁的磁 极方向，而不含有斜向永久磁铁的磁环则可以根据需要在接线时设定电磁铁的磁极方向。磁环中的各个电磁铁一般用并联的方法或串联的方法接线。永久磁铁可采用希土永久磁铁、铁氧体永久磁铁或橡胶永久磁铁等。磁环一般做成三对极磁环和四对极磁环，也可以做成一对极磁环、五对极磁环等寸。一对极混励式Halbach阵列磁环至少由4块磁钢和4个电磁铁组成，三对极混励 式Halbach阵列磁环至少由6块磁钢和6个电磁铁组成，四对极混励式Halbach阵列磁环 至少由8块磁钢和8个电磁铁组成。混励式Halbach阵列磁环的磁极方向为径向，磁场显著增强的一边在磁环外侧、 磁场显著减弱一边在磁环内侧，或者，磁环的磁极方向为径向，磁场显著增强的一边在磁环 内侧、磁场显著减弱一边在磁环外侧，或者，磁环的磁极方向为轴向，磁场显著增强的一边 在磁环轴向的一侧，磁环轴向的另一侧磁场显著减弱。电磁铁的磁场强度一般要求与永久磁铁强度相适应，以使磁环发挥出最佳的功 效。
图1、图2为本发明第一实施例结构示意图。图3、图4为本发明第二实施例结构示意图。图5、图6为本发明第三实施例结构示意图。图7、图8为本发明第四实施例结构示意图。图9、图10为本发明第五实施例结构示意图。图11、图12为本发明第六实施例结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。第一实施例参见图1，一种混励式Halbach阵列结构的3对极磁环，主要包括永久磁铁(1)和 电磁铁(2)，其特征是磁环由6个径向电磁铁与6块切向永久磁铁组成，磁环中的永久磁 铁与电磁铁相间而设。电磁铁的磁极方向预先设定，S极在磁环外侧、N极在磁环内侧的电 磁铁的两侧与切向永久磁铁的N极连接；N极在磁环外侧、S极在磁环内侧的电磁铁的两侧 与切向永久磁铁的S极连接。参见图2，磁环磁场的主要磁力线方向，磁环是一种3对极磁环，磁环的内侧磁场 显著增强，磁环外侧的磁场显著减弱。第二实施例参见图3、图4，一种混励式Halbach阵列结构的4对极磁环，磁环由8块切向永久 磁铁与8个径向电磁铁组成，磁环中的永久磁铁与电磁铁相间而设；磁环的内侧磁场显著 增强，磁环外侧的磁场显著减弱，是一种4对极磁环。其余未述部分同第一实施例，不再重
Μ. ο第三实施例参见图5、图6，一种混励式Halbach阵列结构的4对极磁环，磁环由4块切向永久 磁铁、8块斜向永久磁铁、4个径向电磁铁和8个切向电磁铁组成，磁环中的永久磁铁与电磁 铁组合模式为径向电磁铁+斜向永久磁铁+切向电磁铁+径向永久磁铁+切向电磁铁+ 斜向永久磁铁；磁环的外侧磁场显著增强，磁环内侧的磁场显著减弱，是一种4对极磁环。 其余未述部分同第一实施例，不再重复。第四实施例参见图7、图8，一种混励式Halbach阵列结构的3对极磁环，磁环由12块斜向永 久磁铁、6个径向电磁铁和6个切向电磁铁组成，磁环中的永久磁铁与电磁铁组合模式为 径向电磁铁+斜向永久磁铁+切向电磁铁+斜向永久磁铁；磁环的外侧磁场显著增强，磁环 内侧的磁场显著减弱，是一种4对极磁环。其余未述部分同第一实施例，不再重复。第五实施例参见图9，图10，一种混励式Halbach阵列结构的1对极磁环，磁环由4块切向永 久磁铁、2个径向电磁铁和2个切向电磁铁组成，磁环中的永久磁铁与电磁铁组合模式为 径向电磁铁+切向永久磁铁+切向电磁铁+切向永久磁铁；磁环的外侧磁场显著增强，磁环 内侧的磁场显著减弱，是一种4对极磁环。其余未述部分同第一实施例，不再重复。第六实施例参见图11、图12，一种混励式普通阵列结构的6对极磁环，磁环由6块径向永久磁 铁和6个径向电磁铁组成。磁环外侧与磁环内侧的磁场强度相当。永久磁铁与电磁铁在磁 环中的组合模式为径向永久磁铁+径向电磁铁。
权利要求
一种混励式磁环，主要包括永久磁铁(1)和电磁铁(2)，其特征是磁环由径向和/或切向和/或轴向电磁铁与径向和/或切向和/或斜向和/或轴向永久磁铁组成，磁环中的永久磁铁与电磁铁相间而设。
2.根据权利要求1所述一种混励式磁环，其特征是磁环为混励式普通阵列结构的磁环 或混励式Halbach阵列结构的磁环。
3.根据权利要求2所述一种混励式磁环，其特征是混励式普通阵列磁环中的永久磁铁 与电磁铁的组合模式为径向永久磁铁+径向电磁铁或轴向永久磁铁+轴向电磁铁。
4.根据权利要求2所述一种混励式磁环，其特征是混励式Halbach阵列磁环中的永久 磁铁与电磁铁的组合模式为径向永久磁铁+切向电磁铁，或者，切向永久磁铁+径向电磁 铁，或者，径向电磁铁+切向永久磁铁+切向电磁铁+切向永久磁铁，或者，径向电磁铁+斜 向永久磁铁+切向电磁铁+斜向永久磁铁，或者，径向电磁铁+斜向永久磁铁+切向电磁铁 +径向永久磁铁+切向电磁铁+斜向永久磁铁。
5.根据权利要求2所述一种混励式磁环，其特征是电磁铁与永久磁铁组成磁环的方法 是电磁铁与永久磁铁之间用胶水粘接，或者，在电磁铁的铁芯两侧设置凹槽，将永久磁铁 部分镶嵌在凹槽，或者，制作一个磁环套，将电磁铁和永久磁铁相间装在磁环套中，或者，用 胶带将电磁铁和永久磁铁粘连成磁环。
6.根据权利要求1所述一种混励式磁环，其特征是电磁铁由铁芯和励磁绕组组成。
全文摘要
本发明涉及一种混励式磁环，主要包括永久磁铁(1)和电磁铁(2)，其特征是磁环由径向和/或切向和/或轴向电磁铁与径向和/或切向和/或斜向和/或轴向永久磁铁组成，磁环中的永久磁铁与电磁铁相间而设。
文档编号H02K1/06GK101951037SQ20101024229
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者李贵祥 申请人:李贵祥