一种旋转磁场电磁halbach阵列与控制方法技术

本发明专利技术涉及一种电磁阵列，更具体的是一种旋转磁场电磁halbach阵列与控制方法。本发明专利技术的一种旋转磁场电磁halbach阵列包括电磁halbach阵列绕组和还包括固定架；至少两个电磁halbach阵列绕组并排固定在固定架上，所有电磁halbach阵列绕组的强磁侧面向同一方向；相邻的两组电磁halbach阵列绕组之间存在间距。本发明专利技术的一种旋转磁场电磁halbach阵列的控制方法包括从所述的旋转磁场halbach阵列的一端开始，给所述旋转磁场halbach阵列中的每一组电磁halbach阵列绕组通入三相交流电的不同相位的单相电流。本发明专利技术通过一种旋转磁场电磁halbach阵列与控制方法，利用各单相电流相位差使在时间和空间上不同的位置上顺序产生的强磁场，实现了在装置静止的情况下磁场的运动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电磁阵列，更具体的是。
技术介绍
20世纪80年代美国劳伦斯伯克利国家实验室的Klaus Halbach教授最先在提出了 Halbach型永磁阵列的概念，并在二十世纪八、九十年代被许多研究机构相继应用于新一代的粒子加速器、自由电子激光装置、同步辐射装置等高能物理领域，在九十年代中期， 国际上开始重视其在电机领域的应用。通常的永磁体多单独采用径向或者切向阵列的结构，而Halbach型永磁体是将径向和切向阵列结合在一起，结果改变了传统永磁体两侧都有强磁场的情况，实现了永磁体一侧磁场增强而另一侧磁场减弱的效果。研究表明Halbach 阵列永磁体与传统磁体结构相比，具有更接近正弦的气隙磁通密度分布、更大的气隙磁通及良好的自屏蔽作用。但是，永磁halbach阵列存在的问题是成型的磁场强度强弱无法改变，并且如果不添加机械运动，磁场是静止的。根据麦克斯韦的电磁理论，通直流电的线圈会产生磁极不变的磁场。基于此理论， 由David L，Trumper等人提出的电磁halbach阵列绕组将线圈排列成halbach阵列，然后对线圈通入直流电，这种方式产生的磁场与永磁halbach —样是静止的磁场，可以通过调整直流电的强弱来调整磁场大小。此种方式虽然实现了对磁场强弱的可控，但如果需要磁场运动，则必须附加复杂的机械结构实现磁场的运动，使整个结构沉重，在使用时很不方便，带来了巨大的机械振动和机械噪声。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种旋转磁场电磁halbach阵列方法与控制方法，通过此方法制作的旋转磁场电磁halbach阵列可以实现在控制磁场强度的同时在装置静止时实现磁场的自我运动。为了解决上述问题，本专利技术公开了一种旋转磁场电磁halbach阵列，包括电磁 halbach阵列绕组和括固定架；至少两个电磁halbach阵列绕组并排固定在固定架上，所有电磁halbach阵列绕组的强磁侧面向同一方向；相邻的两组电磁halbach阵列绕组之间存在间距。进一步的，所述电磁halbach阵列绕组的组数为3的整数倍。进一步的，每组所述的电磁halbach阵列绕组的由至少两个个线圈组成。进一步的，当线圈个数为2个或者3个时，相邻两个线圈的角度为90度；当线圈个数大于等于4个时，相邻两个线圈的角度为45 90度。进一步的，所述的线圈为空心线圈。进一步的，所述的固定架为非铁磁固定架。进一步的，所述的固定架为塑料固定架或者木质固定架。本专利技术还公开了一种旋转磁场电磁halbach阵列控制方法，包括从所述的旋转磁场halbach阵列的一端开始，给所述旋转磁场halbach阵列中的每一组电磁halbach阵列绕组通入三相交流电的不同相位的单相电流。进一步的，还包括通过调整相邻两组电磁halbach阵列之间的间距来调整磁场的同步速度，通过增大间距增加磁场同步速度，通过减小间距降低磁场同步速度。进一步的，通入的三相交流电相位差为120度。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术通过设置多组电磁halbach阵列绕组，并对各组电磁halbach阵列绕组按指定顺序通入三相交流电的各单相电流，利用各单相电流相位差使在时间和空间上不同的位置上顺序产生的强磁场，实现了在装置静止的情况下磁场的运动。附图说明图1是本专利技术优选的一种旋转磁场电磁halbach阵列结构图；图2是本专利技术优选的相邻线圈角度为90度的一种旋转磁场电磁ha Ibach阵列结构图；图3是本专利技术优选的相邻线圈角度为90度的一组电磁halbach阵列绕组等效示意图；图4是本专利技术优选的相邻线圈角度为90度的一组电磁halbach阵列绕组通入交流电后产生的磁场分布图；图5是本专利技术优选的相邻线圈角度为45度的一组电磁halbach阵列绕组等效示意图；图6是本专利技术优选的一种旋转磁场电磁halbach阵列控制方法图；图7是本专利技术优选的一种相邻线圈角度为90度的旋转磁场电磁halbach阵列控制方法图；图8是本专利技术优选的一种相邻线圈角度为90度的旋转磁场电磁halbach阵列的等效示意图；图9是本专利技术优选的一种旋转磁场电磁halbach阵列实施例通电工作过程图；图10是本专利技术优选的一种旋转电磁halbach阵列的分布极距示意图。具体实施例方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本旋转磁场电磁halbach阵列可以由至少2个电磁halhch阵列绕组按照一定间距并排固定在固定架上。但在实际中，因为电网电压都是三相，所以电磁halbach阵列绕组的个数一般为3的整数倍。当然也可以为其他数量的组数，但至少有2个电磁halbach阵列绕组，并且保证其强磁场侧都面向同一方向。参照图1，示出了优选的一种旋转磁场电磁halbach阵列实施例的结构图。由3个电磁halbach阵列绕组11，12和13阵列并排固定在固定架14上面，所有阵列的强磁场侧都面向同一方向，相邻两个阵列之间的间距相同。参照图2，示出了优选的一种用由3个线圈组成的电磁halbach阵列绕组的旋转磁场电磁halbach阵列实施例的结构图。为了叙述方便，下文中所述的上、下、左、右与附图本身的上、下、左、右一致。三个电磁halbach阵列绕组21，22和23并排固定在固定架M上，电磁halbach 阵列绕组21，22和23相邻两个之间的间距相同，并且分别含有3个线圈，所有电磁halbach 阵列绕组的强磁场侧都面向下方。其中，每个电磁halbach阵列绕组的三个线圈按照halbach阵列的一种拓扑结构排列相邻两个线圈的角度为90度，从左至右看，第一组线圈水平放置，第二个线圈竖直放置，第三个线圈水平放置，保证线圈的电流走向在同一时刻由通电电流按电磁原理产生的磁场能形成halbach阵列磁场。比如在同一时刻，第一组线圈产生的磁场在线圈内部的磁极是从左端指向右端， 第二个线圈内部磁极是从上端指向下端，第三个线圈是从右端指向左端，那么如此排列的绕组就形成了一组电磁halbach阵列绕组。这样排列后的阵列通入交流电产生的脉振磁场就近似永磁halbach阵列产生的磁场。参照图3，为相邻线圈角度为90度的三个线圈组成的一组电磁halbach阵列绕组等效示意图，其中黑色箭头表示磁场方向。参照图4，为图3所述电磁halbach阵列绕组的一组电磁halbach阵列绕组通入交流电后产生的磁场分布图。当然，每组电磁halbach阵列绕组的线圈个数和角度都可以变化，只要保证相邻两个线圈角度变化时，选取的线圈个数能形成一组完整的halbach阵列的一种拓扑结构即可。其中，线圈至少为2才能保证线圈能按一定形式的halkich拓扑结构排列成电磁 halbach阵列绕组。根据halbach阵列一种拓扑结构理论，一般两个磁极之间角度为45 90度时相对其他角度能使电磁halbach阵列绕组的有更高的效率，所以相邻两个线圈的角度一般取45 90度。当一组电磁halbach阵列线圈个数为2个时，按halbach阵列拓扑结构其相邻两个线圈的角度为90度；当一组电磁halbach阵列线圈个数为3个时，按halbach 阵列拓扑结构其相邻两个线圈的角度为90度；当一组电磁halbach阵列线圈个数大于等于 4个本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种旋转磁场电磁ｈａｌｂａｃｈ阵列，包括电磁ｈａｌｂａｃｈ阵列绕组，其特征在于：还包括固定架，至少两个电磁ｈａｌｂａｃｈ阵列绕组并排固定在固定架上，所有电磁ｈａｌｂａｃｈ阵列绕组的强磁侧面向同一方向；相邻的两组电磁ｈａｌｂａｃｈ阵列绕组之间存在间距。

【技术特征摘要】
1.一种旋转磁场电磁halbach阵列，包括电磁halbach阵列绕组，其特征在于还包括固定架，至少两个电磁halbach阵列绕组并排固定在固定架上，所有电磁 halbach阵列绕组的强磁侧面向同一方向；相邻的两组电磁halbach阵列绕组之间存在间距。2.如权利要求1所述的旋转磁场电磁halbach阵列，其特征在于 所述电磁halbach阵列绕组的组数为3的整数倍。3.如权利要求2所述的旋转磁场电磁halbach阵列，其特征在于 每组所述的电磁halbach阵列绕组的由至少两个线圈组成。4.如权利要求3所述的旋转磁场电磁halbach阵列，其特征在于当线圈个数为2个或者3个时，相邻两个线圈的角度为90度；当线圈个数大于等于4个时，相邻两个线圈的角度为45 90度。5.如权利要求3或4所述的旋转磁场电磁halbach阵列，其特征在于 所...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦伟，范瑜，李硕，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：11