[发明专利]一种新型双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机

说明书

本发明公开一种新型双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机设计方法，采用了提出了一种双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机的方案，它比传统U型铁心的横向磁通电机具有更高的初级空间利用率，提高了电机的空载感应电动势，根据磁网络法建立了BCTF—PMLSM的三维等效磁路模型，推导出了电机的推力表达式。通过有限元方法的分析，研制了一台样机，进行了空载反电动势和静态推力的测试，通过对比实验和仿真结果，验证了电机原理的正确性和理论分析的准确性，结构紧凑、加工方便的双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机适用于低速大推力直驱系统，具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于电机设计领域，尤其涉及一种新型双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机。

背景技术

横向磁通永磁电机(transverse flux permanent magnet motor，TFPM)由德国学者在1986年提出这种新结构电机的磁通平面与运动方向相互垂直，克服了由于电负荷和磁负荷在空间上相互制约而产生的不利于提高电机转矩密度的缺点，具有设计灵活、相间电磁解耦，易于实现多相、多极结构和低速大转矩等特点。横向磁通永磁直线同步电机是在永磁同步电机的基础上发展而来的，兼具横向磁通和直线传动的特点。根据永磁体放置方式的不同，可以将其分为表贴式、聚磁式和磁阻式3类。

各国学者在不同类型的横向磁通永磁直线同步电机中，又提出了多种拓扑结构的初级铁心单元。以w曲原型机为代表的U型结构的初级铁心以2倍极距分布，相邻铁心之间的永磁体没有和初级铁心形成磁通回路，次级漏磁较大。英国Rolls—Royce公司提出的C型初级铁心结构可以在体积增加较少的情况-F获得加倍的转矩，但其铁心加工和装配工艺较为复杂。Z氏结构的横向磁通电机虽然让所有次级永磁体均处于有效工作状态，但由于实际电机磁路并不理想，漏磁路径复杂，气隙磁密不高，最后制作的样机并没有展现出优良的特性。本文在总结目前国内外现有的横向磁通永磁电机拓扑结构的基础上，提出了一种新结构双向交链横向磁通永磁直线同步电机的方案。这里所说的双向交链是对同一组绕组来说的，与之相交链的磁链方向在相邻2个初级铁心单元中的方向相反。不同于U型、C型等初级铁心单元中的磁通方向相同、相邻初级铁心单元间隔2倍极距的结构特点，能够充分利用次级永磁体，有效减小极间漏磁，增加与绕组相交链的磁链。同时初级铁心单元可由硅钢片叠压而成，工艺简单，制造方便，能有效降低电机的铁耗。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供了一种新型双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机，该方法是提出双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机的方案，克服了传统横向磁通永磁电机初级空间利用率不高的缺陷。初级铁心单元加工方便，能够充分利用次级永磁体，有效减小次级永磁体的极间漏磁，增加与绕组相交链的磁链，提高电机的空载感应电动势。文章介绍了电机的结构并阐述了其工作原理，利用磁路法建立了电机的三维等效磁网络模型，推导出了电机的空载主磁通和空载感应电动势表达式，将次级永磁体等效成面电流，获得了推力表达式，通过三维有限元方法计算电机磁场和推力，研制了一台实验样机，测得了空载感应电动势和静态推力，理论分析与实验结果基本吻合，验证了理论分析的有效性。

本发明采用的技术方案是，一种新型双向交链横向磁通平板型永磁直线同步电机设计方法，包括解析模型、结构参数与转矩关系以及计算实例及实验验证。

所述解析模型，对同一组绕组来说的，与之相交链的磁链方向在相邻2个初级铁心单元中的方向相反，不同于U型、C型等初级铁心单元中的磁通方向相同、相邻初级铁心单元间隔2倍极距的结构特点，能够充分利用次级永磁体，有效减小极间漏磁，增加与绕组相交链的磁链。

所述的结构参数与转矩关系，将电机初级等效成磁源，次级永磁体等效成面电流模型，考虑一个时刻下的电机状态，运用洛伦兹力公式进行BCTF—PMLSM的推力分析。