本發(fā)明涉及一種異形磁體二維海爾貝克陣列及設(shè)計(jì)方法，屬于磁懸浮平面電機(jī)制造的永磁體陣列。

背景技術(shù)：

1、halbach陣列是由美國(guó)學(xué)者提出的一種能夠?qū)崿F(xiàn)單向聚磁的磁體陣列結(jié)構(gòu)，其氣隙磁場(chǎng)分布獨(dú)特，能夠?qū)⒂来朋w一側(cè)的磁場(chǎng)被大幅增強(qiáng)，另一側(cè)大幅衰減，近似為單邊正弦磁場(chǎng)。目前，halbach陣列主要應(yīng)用于高速電機(jī)、磁懸浮列車、磁懸浮平面電機(jī)、直線電機(jī)、磁軸承和醫(yī)學(xué)等方面。然而針對(duì)一些超精密裝置，如基于193nm極紫外光的浸入式光刻機(jī)中使用的磁懸浮運(yùn)動(dòng)平臺(tái)提供動(dòng)力的直線電機(jī)或平面電機(jī)，為獲得更優(yōu)越的電機(jī)性能和更好的控制效果，需要使得永磁體陣列提供接近完美的正弦磁場(chǎng)和更高的氣隙磁通密度，而普通的halbach陣列產(chǎn)生的磁場(chǎng)含有大量的高次諧波分量，與理想的完美正弦磁場(chǎng)有較大的差距，在磁場(chǎng)強(qiáng)度方面也存在提升的可能。因此，對(duì)于提高磁懸浮運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的性能，提出一種有高磁通和高正弦度的異形磁體二維海爾貝克陣列的設(shè)計(jì)方法是十分重要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為解決現(xiàn)有的海爾貝克陣列產(chǎn)生的磁場(chǎng)含有大量的高次諧波分量，與理想的完美正弦磁場(chǎng)有較大的差距的技術(shù)問(wèn)題，進(jìn)而提出一種異形磁體二維海爾貝克陣列及設(shè)計(jì)方法。

2、本發(fā)明為解決上述問(wèn)題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明提出一種異形磁體二維海爾貝克陣列，包括：

3、沿水平面依次排列的第一磁體組、第二磁體組和梯形棱柱磁體；

4、第二磁體組分別和第一次磁體組、梯形棱柱磁體的相鄰邊相等相切。

5、本發(fā)明采用三角棱柱磁體與梯形棱柱磁體，在異形海爾貝克陣列中的應(yīng)用中起到了提高氣隙磁場(chǎng)分布密度的作用，顯著地提高了陣列的性能。

6、可選的，第一磁體組包括磁體(1-1)、磁體(1-2)、磁體(1-3)和磁體(1-4)，磁體(1-1)位于磁體(2-1)上方，磁體(1-2)位于磁體(2-2)右側(cè)，磁體(1-3)位于磁體(2-3)下方，磁體(1-4)位于磁體(2-4)左側(cè)，磁體(1-1)和磁體(1-3)水平橫放，磁體(1-2)和磁體(1-4)水平豎放，磁體(1-1)、磁體(1-2)、磁體(1-3)和磁體(1-4)均為長(zhǎng)方形磁體，長(zhǎng)度均為τn。

7、可選的，第二磁體組包括磁體(2-1)、磁體(2-2)、磁體(2-3)和磁體(2-4)，所述磁體(2-1)、磁體(2-2)、磁體(2-3)和磁體(2-4)均為三角棱柱磁體，磁體(2-1)位于梯形棱柱磁體上方，磁體(2-2)位于梯形棱柱磁體右側(cè)，磁體(2-3)位于梯形棱柱磁體下方，磁體(2-4)位于梯形棱柱磁體左側(cè)，長(zhǎng)度和第一磁體組相同，按照上下左右四個(gè)位置圍繞周期陣列中心軸對(duì)稱分布。

8、可選的，梯形棱柱磁體位于陣列中心，長(zhǎng)度為τm，磁化方向?yàn)榇怪彼矫妗?/p>

9、可選的，第一磁體組磁化方向按照周期排布朝內(nèi)，磁體n極方向朝向與第一磁體組一致；

10、第二磁體組磁化方向和水平面的夾角為45°，第二磁體組的磁體n極朝向與第一磁體組一致；

11、梯形棱柱磁體磁化方向?yàn)榇怪彼矫?，磁體n極朝上。

12、一種異形磁體二維海爾貝克陣列的設(shè)計(jì)方法，包括：

13、將第一磁體組、第二磁體組和梯形棱柱磁體交替排列，形成一個(gè)二維海爾貝克陣列周期，在水平面內(nèi)循環(huán)排布多個(gè)周期得到總陣列。

14、本發(fā)明的有益效果是：

15、1.本發(fā)明提出的永磁體陣列一側(cè)磁場(chǎng)大大增強(qiáng)，且磁場(chǎng)分布接近完美正弦磁場(chǎng)，另一側(cè)磁場(chǎng)被大大削弱，磁場(chǎng)空間利用率高，均勻度高，漏磁少，且磁場(chǎng)強(qiáng)的一側(cè)用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電機(jī)的洛倫磁力。

16、2.本發(fā)明在不改變磁體材料前提下設(shè)計(jì)的異形磁體二維海爾貝克陣列，能夠顯著提升磁體表面的磁通密度，降低z向磁通分布所含的高次諧波分量，對(duì)比現(xiàn)有的海爾貝克陣列，最大諧波含量降低了40％。

17、3.本發(fā)明可以可以應(yīng)用于高速電機(jī)、磁懸浮平面運(yùn)動(dòng)臺(tái)、直線電機(jī)、磁軸承等精密機(jī)電運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，應(yīng)用范圍廣。

18、4.三角棱柱磁體與梯形棱柱磁體在本專利異形海爾貝克陣列中的使用，起到了提高氣隙磁場(chǎng)分布密度的作用，顯著地提高了陣列的性能。

技術(shù)特征：

1.一種異性磁體二維海爾貝克陣列，其特征在于，所述一種異性磁體二維海爾貝克陣列的結(jié)構(gòu)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異性磁體二維海爾貝克陣列，其特征在于，所述第一磁體組包括磁體(1-1)、磁體(1-2)、磁體(1-3)和磁體(1-4)，所述磁體(1-1)位于磁體(2-1)上方，磁體(1-2)位于磁體(2-2)右側(cè)，磁體(1-3)位于磁體(2-3)下方，磁體(1-4)位于磁體(2-4)左側(cè)，磁體(1-1)和磁體(1-3)水平橫放，磁體(1-2)和磁體(1-4)水平豎放，所述磁體(1-1)、磁體(1-2)、磁體(1-3)和磁體(1-4)均為長(zhǎng)方形磁體，長(zhǎng)度均為τn。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異性磁體二維海爾貝克陣列，其特征在于，所述第二磁體組包括磁體(2-1)、磁體(2-2)、磁體(2-3)和磁體(2-4)，所述磁體(2-1)、磁體(2-2)、磁體(2-3)和磁體(2-4)均為三角棱柱磁體，所述磁體(2-1)位于梯形棱柱磁體上方，磁體(2-2)位于梯形棱柱磁體右側(cè)，磁體(2-3)位于梯形棱柱磁體下方，磁體(2-4)位于梯形棱柱磁體左側(cè)，長(zhǎng)度和第一磁體組相同，按照上下左右四個(gè)位置圍繞周期陣列中心軸對(duì)稱分布。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異性磁體二維海爾貝克陣列，其特征在于，所述梯形棱柱磁體位于陣列中心，長(zhǎng)度為τm，磁化方向?yàn)榇怪彼矫妗?/p>

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種異性磁體二維海爾貝克陣列，其特征在于，所述第一磁體組磁化方向按照周期排布朝內(nèi)，磁體n極朝向與磁化方向一致；

6.一種異性磁體二維海爾貝克陣列的設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的一種異性磁體二維海爾貝克陣列，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出一種異形磁體二維海爾貝克陣列及設(shè)計(jì)方法，其中陣列包括沿水平面依次排列的第一磁體組、第二磁體組和梯形棱柱磁體；第二磁體組分別和第一次磁體組、梯形棱柱磁體的相鄰邊相等相切。本發(fā)明提出的永磁體陣列一側(cè)磁場(chǎng)大大增強(qiáng)，且磁場(chǎng)分布接近完美正弦磁場(chǎng)，另一側(cè)磁場(chǎng)被大大削弱，磁場(chǎng)空間利用率高，均勻度高，漏磁少。磁場(chǎng)強(qiáng)的一側(cè)用于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電機(jī)的洛倫磁力，本發(fā)明可以可以應(yīng)用于高速電機(jī)、磁懸浮平面運(yùn)動(dòng)臺(tái)、直線電機(jī)、磁軸承等精密機(jī)電運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，應(yīng)用范圍廣。

技術(shù)研發(fā)人員：那拓?fù)?寧磊,樊春光,于程隆,趙勃
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10