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龙图腾网获悉合肥工业大学申请的专利表面嵌入式梯形磁极Halbach电机解析建模方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114598210B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-05发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210261129.2，技术领域涉及：H02P21/05；该发明授权表面嵌入式梯形磁极Halbach电机解析建模方法是由倪有源;邱志伟;张亮;肖本贤设计研发完成，并于2022-03-07向国家知识产权局提交的专利申请。

本表面嵌入式梯形磁极Halbach电机解析建模方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种表面嵌入式梯形磁极Halbach电机解析建模方法，所提出的梯形磁极Halbach结构与常规瓦形Halbach结构相比，利用分层分域的方法在保证了总体形状和磁用量相同的情况下，通过改变分段磁极的形状来改善气隙磁密波形并降低总谐波畸变率THD，从而使得转矩的脉动得到一定的抑制。通过作出中间梯形磁极内外极弧占比以及两边磁极的磁化角度对基波幅值以及THD的影响三维切片图，根据图中数值大小分布，可以获得较优的变量分布范围。通过选取较大的基波幅值和较低的THD，确定一组较优组合。因此经过参数优化后，电机的性能得到提高。

本发明授权表面嵌入式梯形磁极Halbach电机解析建模方法在权利要求书中公布了：1.一种表面嵌入式梯形磁极Halbach电机解析建模方法，其特征在于：通过分层分域线性叠加的方法获得模型的解析解，并在得到解析解后对三段梯形磁极Halbach的内外弧极弧占比、两边磁极的磁化角进行参数扫描优化，获得较优的径向气隙磁密和电磁转矩；所述的梯形磁极Halbach形状为每段内外极弧占比不同的梯形，中间磁极为平行磁化方式，两边磁极为带磁化角磁化； 所述的梯形磁极Halbach的磁极占比如下： 式中：τr为转子槽的弧长，τp为极距且等于πp，p为极对数，τ1为极弧长度，τA和τC分别是中间磁极的外弧和内弧长度；αr为转子槽极弧占比，α1为永磁极弧占比，αA和αC分别为中间梯形磁极外弧内弧与极弧的比值； 所述的通过分层分域线性叠加的方法获得模型的解析解，具体内容如下：通过分层的方法对磁极进行等效近似处理，即通过将整个磁极沿径向均匀地分为w层，每一层都为三段Halbach，在所分的w层中，第一和第w层分别为最里层和最外层，其余w-2层为中间层，三种不同层对应三种不同情况的求解区域；将三种不同层解析得到的气隙磁场进行叠加，得到整个磁极在气隙出所产生的磁场；对任意第j层，根据线性分层，得到中间磁极的形状和位置参数： 式中：τj是第j层中间磁极的弧长，αj为第j层中间磁极弧长与极弧的比值，Rr和Rm分别为Halbach永磁体的内外半径，Rj-1和Rj是第j层永磁体的内外半径； 所述的对三段梯形磁极Halbach的内外弧极弧占比、两边磁极的磁化角进行参数扫描优化，获得较优的径向气隙磁密和电磁转矩，具体如下： 一个电周期内p对极磁极构成的Halbach阵列的磁化强度的分层形式如下： 式中：Mrj和Mθj为磁化强度的径向和切向分量，Br为磁极的剩余磁化强度，μ0为真空磁导率，θm为两边磁极的磁化角度，θ为转子位置角，为两边磁极的偏移角； 在获得任意一层的磁化强度的径向分量Mrj和切向分量Mθj后，分层分区域进行气隙磁场的求解，具体如下： 1、最外层磁极产生的气隙磁场 当计算最外层时，中间层和最内层当作空气处理，此时，求解区域分为气隙域I、永磁体域II、转子槽内空气域III，根据拉普拉斯方程得三个区域的标量磁势函数： 式中：XmAI，YmAI，XnAII，YnAII，XnAIII和YnAIII为待定的系数，通过边界条件求解；r为测量位置到转子圆心的半径距离，n为永磁体区域与转子槽内空气区域磁势函数的谐波次数，m为气隙域磁势函数的谐波次数；在二维极坐标系中，磁场强度向量两个分量，通量密度向量两个分量由磁势函数表示如下： μr为永磁体相对磁导率，Mr和Mθ是它的两个磁化矢量分量，当在空气区域时，μr＝1，Mr＝0，Mθ＝0； 根据准泊松方程和边界条件有： 式中：为气隙区域在r＝Rs处的切向磁场强度，Rs为定子内径，为转子槽内空气区域在r＝Rr处的切向磁场强度，分别为永磁体区域与转子槽内空气区域在r＝Rw-1处的切向磁场强度，分别为永磁体区域与转子槽内空气区域在r＝Rw-1处的径向磁化强度； 在r＝Rm处，满足下述方程： 通过解边界条件的矩阵方程获得由最外层磁体在无槽气隙区域产生的磁场，因此由最外层磁体所产生的气隙磁密BrA-slotless求出气隙磁场； 2、中间层磁极产生的气隙磁场 中间层包含了w-2个等厚的小层，当计算中间层时，最外层和最内层当作空气处理；此时，求解区域分为气隙域I、永磁体上方空气域II、永磁体域III、永磁体下方空气域IV，较最外层相比多出一个求解区域；取中间层的任意一小层进行计算分析，根据拉普拉斯方程得四个区域的标量磁势函数： 式中：XjmBI，YjmBI，XjnBII，YjnBII，XjnBIII，YjnBIII，XjnBIV和YjnBIV为待定系数，通过边界条件求解； 边界条件如下： 式中：为气隙区域在r＝Rs处的切向磁场强度，为永磁体下方空气域在r＝Rr处的切向磁场强度，分别为永磁体上方空气域与永磁体域在r＝Rj处的切向磁场强度与径向磁化强度，分别为永磁体域与永磁体下方空气域在r＝Rj-1处的切向磁场强度与径向磁化强度； 在r＝Rm处，满足下述方程： 通过解边界条件的矩阵方程获得由任一中间层磁体在无槽气隙区域产生的磁场，因此由中间层磁体所产生的气隙磁密BrB-slotless求出气隙磁场； 3、最内层磁极产生的气隙磁场 当计算最内层时，中间层和最外层当作空气处理，此时，求解区域分为气隙域I、永磁体上方空气域II、永磁体域III,根据拉普拉斯方程得三个区域的标量磁势函数： 式中：XmCI，YmCI，XnCII，YnCII，XnCIII和YnCIII为磁势函数的待定系数； 最内层的边界条件如下： 式中：为气隙区域在r＝Rs处的切向磁场强度,为永磁体域在r＝Rr处的切向磁场强度，分别为永磁体上方空气域与永磁体域在r＝R1处的切向磁场强度，分别为永磁体上方空气域与永磁体域在r＝R1处的径向磁化强度； 在r＝Rm处，满足下述方程： 通过解边界条件的矩阵方程获得由最内层磁体在无槽气隙区域产生的磁场，因此由最内层磁体所产生的气隙磁密BrC-slotless求出气隙磁场； 将最外层、中间层、最内层进行叠加得到整个磁极产生的气隙磁场，因此w层磁极产生的气隙磁密为： 利用卡特系数得到有槽时的气隙磁密： Br-slotted＝Kcθ×Br-slotless35 根据法拉第电磁感应原理，得到具有Np匝线圈三相绕组的磁链： 式中：La为电机的轴向长度，ωr为转子角速度，θsp为线圈跨距角，由磁链得到三相电流为IA，IB，IC的相反电动势和电磁转矩： 对表面嵌入式梯形磁极Halbach电机的变量进行优化以获取较优的电机性能，所述的变量为中间梯形磁极内外极弧占比αC，αA，两边磁极磁化角度θm； 对于梯形磁极Halbach，中间磁极内外极弧占比和磁化角影响无槽气隙通量密度的基波幅值和总谐波畸变率THD，写为： Brf1＝Br-slotlessαA,αC,θm,k＝139 作出αA，αC，θm对基波幅值以及THD的影响三维切片图，根据图中数值分布，获得较优的变量分布范围，通过选取较大的基波幅值和较低的THD，确定一组较优组合。

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