[发明专利]一种分离永磁直线电机中齿槽力和端部力的方法

说明书

本发明提供一种分离永磁直线电机中齿槽力和端部力的方法，属于电机技术领域。分离步骤包括:(1)对于初级槽数为N_s，次级级数为N_r的永磁直线电机，建立仿真模型(模型I)进行仿真，获得定位力；(2)保持电机结构参数不变，建立初级槽数为kN_s，次级级数为kN_r的永磁直线电机仿真模型(模型II)进行仿真，获得定位力；(3)分析模型I和模型II中齿槽力和端部力的对应关系；(4)建立分离公式，分离出齿槽力和端部力。本发明针对永磁直线电机，从定位力中准确地分离出电机的齿槽力和端部力，所提出的方法简单实用，为深入地认识定位力的特点、掌握定位力的规律和研究有效抑制定位力的设计方案奠定了基础。

技术领域

本发明属于电机设计技术领域，特别涉及一种分离永磁直线电机中齿槽力和端部力的方法。

背景技术

对于有齿槽结构永磁直线电机来说，定位力包括由齿槽效应引起的齿槽力和由端部效应引起的端部力两种。如果能够有效的分离定位力中的齿槽力分量和端部力分量，分别采取有效的措施来削减它们，则可以获得最佳的削减效果。因此，如何从定位力中准确地分离出齿槽力和定位力，对更深入地认识定位力的特点、掌握定位力的规律和研究有效抑制定位力的设计方案都大有裨益。

目前分离齿槽力和定位力的方法主要有两类。一类是解析法，分别从齿槽效应出发解析出齿槽力和从端部效应出发解析出端部力，其存在的缺陷是解析表达式复杂，同时在解析过程中所忽略的因素过多。另一类是有限元法，主要包括直线-旋转等效法、初级无槽等效法、初级端部无限长等效法，但这些方法也都存在缺陷：直线-旋转等效法仿真工作量大，且不适用于复杂结构的永磁直线电机；初级无槽等效法和初级端部无限长等效法均忽略了端部形状对端部力的影响，同时不适用于复杂结构的永磁直线电机。

因此，针对有齿槽结构的永磁直线电机，精确地分离出定位力中齿槽力分量和端部力分量，分别采取有效的措施来削减它们，仍是电机设计过程中的难点。

发明内容

本发明的目的是解决永磁直线电机齿槽力和端部力的精确分离问题，提供了一种分离永磁直线电机中齿槽力和端部力的方法。本发明的具体技术方案如下：

一种分离齿槽力和端部力的方法，用于有齿槽结构永磁直线电机中，实现齿槽力和端部力的精确分离。对于端部力来说，一般情况下，初级长度为2～3倍极距以上，两端之间基本上无相互影响，因而可以看成是两个半无限长的初级铁心单端受力的合成结果。同时可以认为，对于单端端部力来说，仅受距铁芯端部1～1.5个极距内齿槽结构的影响。对于齿槽力来说，齿槽力是永磁体磁场同初级铁心的齿槽相互作用引起的，当初次级结构确定以后，其大小仅取决于初级齿槽与次级对应位置。在单独分析齿槽力或者端部力的过程中不考虑另一分量的影响。以上论断是本发明所提出的齿槽力和端部力分离方法的理论基础。具体分离步骤包括：

第一步，对于初级槽数为N_s，次级级数为N_r的永磁直线电机，建立仿真模型(模型I)进行仿真，获得定位力F₁，F₁可以表示为：

F₁＝F_slot1+F_end1

第二步，保持具体的结构参数不变，保持初级一端与次级的对应位置不变，建立初级槽数为kN_s，次级级数为kN_r的永磁直线电机仿真模型(模型II)进行仿真，获得定位力F₂，同样F₂可以表示为：

F₂＝F_slot2+F_end2

当电机次级级数N_r为偶数时，系数k为大于等于2的正整数；当电机次级级数N_r为奇数时，系数k为大于2的奇数。