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U型无铁心永磁同步直线电机磁场建模与分析

李争;张家祯;王群京

【摘要】Duetotheinfluenceofthecorebreaking,thetraditionalironcorelinearmotorhadtheend-effectoflateralandverticalside,whichmadetheoutputofthethrustlinefluctuategreatly.Theironlesspermanentmagnetsynchronouslinearmotorhastheadvantagesofzerosloteffect,simplestructureandflexiblecontrol.Basedontheanalysisofairgapmagneticfieldironlesspermanentmagnetsynchronouslinearmotorproblemsbyusingtwokindsofanalyticalmethod,namelyequivalentmagneticpotentialmethodandtheequivalentmagnetizingcurrentmethod,andthefiniteelementanalysisofthemagneticfieldusingthefiniteelementmethod.Theanalyticalmethodformagneticfieldanalysiswasverifiedtobeaccurate.Bychangingthemotorparameters,theoptimizationdesignwasachieved,whichprovidedthereferenceforthedesignandanalysisofsamekindofmotors.%传统的铁心式直线电机由于铁心开断的影响,造成了横向和纵向边端效应,使推力输出波动较大;无铁心永磁直线电机具有零齿槽效应的优点,构造简洁,掌握敏捷.承受两种解析法求解无铁心永磁同步直线电机气隙磁场的问题,即等效磁势法和等效磁化电流法,同时承受有限元法对电机磁场进展有限元分析,验证解析法磁场解析计算的准确性.最终分析电机主要尺寸对气隙磁场的影响.通过转变电机参数,进展了优化设计,为同类电机的设计与分析供给了参考.

【期刊名称】《电机与掌握应用》

【年(卷),期】2023(045)002

【总页数】6页(P75-80)

【关键词】无铁心;直线电机;磁场分析;解析法;有限元法

【作者】李争;张家祯;王群京

【作者单位】河北科技大学电气工程学院,河北石家庄050018;河北科技大学电气工程学院,河北石家庄050018;安徽大学高节能电机及掌握技术国家地方联合工程试验室,安徽合肥230601

【正文语种】中文

【中图分类】TM351

引 言

永磁同步直线电机把电能直接转换成直线推动力能的装置，与传统的旋转电机相比，直线电机不需要中间传动装置，整个系统构造更简洁、体积更小、效率更高，系统的精度、稳定性和响应速度等性能更加优越。齿槽效应和端部效应普遍存在于铁心式永磁同步直线电机中，会造成电机动态性能差、振动噪声高、系统参数偏差等，影响电机平稳性和定位精度[1]；而无铁心永磁同步直线电机则不受这些影响，输

出的推力波动小，更简洁掌握[2-3]。

要到达电机的优化设计，需对电机气隙磁场进展求解和分析。本文承受两种解析算法对电机的气隙磁场进展求解，分别是等效磁势法和等效磁化电流法，并与有限元分析结果做比较。依据两种方法得到的结果，具体分析和争论电机气隙磁场受各局部尺寸的影响。

电机模型

本文争论的U型无铁心永磁同步直线电机的构造示意图，如图1所示。该电机分

为初级和次级两个局部：初级为定子局部，由背铁和永磁体构成；次级为动子局部，

主要安装线圈。整个电机类似一个U型构造，故称其为U型直线电机。该电机由于是双边型构造，故不存在法向力，电机运行时削减了动子产生的摩擦力，也降低了电机的安装要求。电机动子局部由无铁心式线圈构成，动子没有铁心，电机质量较轻，推力密度也相对较小[4-5]。

图1 U型无铁心永磁同步直线电机构造图

气隙磁场解析分析

对电机进展设计、性能分析和优化时，先通过解析法的计算，初步确定电机的尺寸，并在有限元软件中建立三维模型，进展分析和求解[6]。实际上，三维电机模型求

解较为简单，计算繁琐。为简化电机的分析