专利名称：基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高速永磁无刷直流电机，特别是涉及一种重量轻，铁耗少的基于 Halbach结构的高速永磁无刷直流电机。
背景技术：
常规磁体结构的高速盘式永磁无刷直流电机的气隙磁密波形的正弦性差，不稳定 的磁阻力会对轴承系统提出额外的推力要求，此外其在空载状态下的铁心损耗也是不可忽 略的。传统高速盘式永磁无刷直流电机采用非导磁合金钢转子护套，采用非导磁合金钢 护套的优点是能够对高频磁场起到一定的屏蔽作用，并能减小永磁体和转子轭中的高频附 加损耗，同时导热性能较好，有利于永磁体的散热；但其缺点也十分明显，因护套为导电体， 会产生涡流损耗，转子铁耗也主要集中在金属护套中，另外采用金属也不利于其应用在对 重量非常敏感的领域。综上所述，传统高速盘式永磁无刷直流电机在工作时存在损耗较大、自身重量较 重和效率较低等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种效率高、重量轻、铁耗少以及性能稳定的 基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种基于Halbach结构的高速 永磁无刷直流电机，该电机包括风轮、Halbach永磁体、三相线圈、碳纤维轮辐、碳纤维护 套、轴承、中心轴、以及轴套，其中，所述风轮固定在所述轴套内壁上；所述Halbach永磁体 粘结在所述碳纤维护套内壁上；所述三相线圈和碳纤维轮辐组成定子通过所述轴套固定在 所述中心轴上；所述碳纤维护套通过所述轴承固定在所述中心轴上，在外动力的作用下，所 述碳纤维护套带动所述Halbach永磁体绕所述中心轴高速转动。所述的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机中，所述Halbach永磁体通过 环氧树脂胶黏剂粘结在所述碳纤维护套内壁上。所述的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机中，所述风轮采用铝合金材料 制成，高速转动时通过空气流动起到冷却所述Halbach永磁体的作用。所述的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机中，所述碳纤维护套、碳纤维 轮辐采用碳纤维材料制成。所述的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机中，所述Halbach永磁体采用 Halbach结构排列。所述的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机中，所述Halbach永磁体为钕 铁硼永磁材料。本发明的优点是，本发明采用halkich磁体结构，并用碳纤维替代铁质材料，达到了提高效率、减轻重量的目的。另外，为克服碳纤维护套导热性差，不利于永磁体散热的问 题，在电机中加入由铝合金制作的风轮，以便于高速转动时的风冷散热。此新型产品可广泛 的应用于航海罗经、发动机、电动机、蓄电池、医疗器械、无人机等领域。
图1为本发明基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机的整体结构示意图； 图2为本发明基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机中定子的结构示意图3为本发明基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机中Halbach磁体的结构示意
图4为本发明基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机中风轮的结构示意图。
具体实施例方式为进一步揭示本发明的技术方案，兹结合附图详细说明本发明的实施方式。图1为本发明基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机的整体结构示意图，图 2为本发明基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机中定子的结构示意图，图3为本发 明基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机中Halbach磁体的结构示意图，图4为本发 明基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机中风轮的结构示意图，该电机包括风轮1、 Halbach永磁体3、三相线圈4、碳纤维轮辐5、碳纤维护套6、轴承7、中心轴8、以及轴套9， 其中，所述风轮1固定在所述轴套9内壁上；所述Halbach永磁体3粘结在所述碳纤维护套 6内壁上；所述三相线圈4和碳纤维轮辐5组成定子通过所述轴套9固定在所述中心轴8 上；所述碳纤维护套6通过所述轴承7固定在所述中心轴8上，在外动力的作用下，所述碳 纤维护套6带动所述Halbach永磁体3绕所述中心轴8高速转动；另外，所述风轮1可以采 用铝合金材料制成；所述Halbach永磁体3可以为钕铁硼永磁材料。本发明中，Halbach永磁体3采用具有高矫顽力和高剩磁密度的钕铁硼永磁材料； 定子由三相线圈4、碳纤维轮辐5组成，采用了无铁心的结构，减少了由齿槽效应引起的电 磁转矩脉动，不受饱和的影响，解决了因铁心存在而导致的体积大、重量大、损耗大、振动噪 声大等问题，大幅度减轻了电机重量，同时也提高了电机的效率，也从根本上解决了定子铁 心损耗的问题。进一步，本发明所揭示的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机，采用双面 Halbach磁体结构，大幅度提高气隙磁通密度，同时Halbach结构具有磁屏蔽、使气隙磁通 密度正弦性分布的特点，无铁Halbach永磁电机可以在高效、低空载损耗的前提下提供相 对较高的力能密度；采用碳纤维材料作为永磁体保护套及定子轮辐，将永磁体利用环氧树 脂粘接在护套表面上，与传统金属护套相比，碳纤维盘的厚度要小，而且不产生高频涡流损 耗，另外采用碳纤维转子盘，能进一步提高转矩，使电机获得更高的转矩/质量比和最优的 动态特性，取得更高的效率；为克服碳纤维护套导热性差，不利于永磁体散热的问题，在电 机中加入由铝合金制作的风轮，以便于高速转动时的风冷散热；
以上通过对所列实施方式的介绍，阐述了本发明的基本构思和基本原理。但本发明绝 不限于上述所列实施方式，凡是基于本发明的技术方案所作的等同变化、改进及故意变劣 等行为，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机，其特征在于，该电机包括风轮 (1)、Halbach永磁体(3)、三相线圈(4)、碳纤维轮辐(5)、碳纤维护套(6)、轴承(7)、中心轴 (8)、以及轴套(9)，其中，所述风轮(1)固定在所述轴套(9)内壁上；所述Halbach永磁体 (3)粘结在所述碳纤维护套(6)内壁上；所述三相线圈(4)和碳纤维轮辐(5)组成定子通过 所述轴套(9)固定在所述中心轴(8)上；所述碳纤维护套(6)通过所述轴承(7)固定在所述 中心轴(8)上，在外动力的作用下，所述碳纤维护套(6)带动所述Halbach永磁体(3)绕所 述中心轴(8)高速转动。
2.根据权利要求1所述的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机，其特征在于，所 述风轮(1)通过环氧树脂胶黏剂(2)固定在所述轴套(9)内壁上。
3.根据权利要求1所述的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机，其特征在于，所 述Halbach永磁体(3)通过环氧树脂胶黏剂(2)粘结在所述碳纤维护套(6)内壁上。
4.根据权利要求1所述的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机，其特征在于，所 述风轮(1)采用铝合金材料制成，高速转动时通过空气流动起到冷却所述Halbach永磁体 (3)的作用。
5.根据权利要求1所述的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机，其特征在于，所 述碳纤维护套(6)、碳纤维轮辐(5)采用碳纤维材料制成。
6.根据权利要求1所述的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机，其特征在于，所 述Halbach永磁体(3)采用Halbach结构排列。
7.根据权利要求1所述的基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机，其特征在于，所 述Halbach永磁体(3)为钕铁硼永磁材料。
全文摘要
本发明公开了一种基于Halbach结构的高速永磁无刷直流电机，该电机包括风轮、Halbach永磁体、三相线圈、碳纤维轮辐、碳纤维护套、轴承、中心轴、以及轴套。本发明采用halbach磁体结构，并用碳纤维替代铁质材料，达到了提高效率、减轻重量的目的。另外，为克服碳纤维护套导热性差，不利于永磁体散热的问题，在电机中加入由铝合金制作的风轮，以便于高速转动时的风冷散热。本发明可广泛的应用于航海罗经、发动机、电动机、蓄电池、医疗器械、无人机等领域。
文档编号H02K9/04GK102075052SQ20111004073
公开日2011年5月25日 申请日期2011年2月18日 优先权日2011年2月18日
发明者司阳明, 常永标 申请人:昆山德纳普数控科技有限公司