Halbach 阵列永磁同步直线电机边端力最小化研究

王斐然，廖有用，陈进华，张 驰，罗 均

(1.中国科学院宁波材料技术与工程研究所,宁波315201;2.上海大学,上海200072)

0 引 言

永磁直线电机(以下简称PMLSM)兼具永磁电机和直线电机的双重特点。与电励磁直线电机相比,PMLSM力密度高、损耗小、结构简单,在电磁推力、效率和定位精度等方面具有明显优势。特别是随着Nd-Fe-B永磁材料性价比的提高,在很多应用场合下,PMLSM具有更加广阔的应用前景[1]。

针对PMLSM由于初级铁心开端而产生的端部效应,国内外学者做了大量的研究工作。文献[2]针对PMLSM建立了由于边端效应产生的磁阻力分析模型,运用傅里叶级数的方法对磁阻力进行了分析,提出了优化初级长度从而降低磁阻力的方法。但是其结果并不适用于本文中的电机模型。文献[3-4]先求出径向阵列永磁同步直线电机空载气隙磁场解析表达式,再用麦克斯韦张量法求出初级受到的边端力,并得出边端力最小时的初级长度。

本文在上述工作的基础上进行总结工作,使用两种方法对边端力最小时的初级长度进行求解。一方面,在文献[2]模型基础上,进行重新推导,得出最优初级长度。另一方面,用解析法求出Halbach阵列永磁同步直线电机气隙磁场表达式,并基于麦克斯韦张量法求解初级边端力,根据边端力解析式得出最优初级长度。并使用有限元法对最优初级长度进行验证,结果表明提出的最优初级长度是可行的,可以有效降低 PMLSM的边端力,从而抑制PMLSM的推力波动。

1 直线电机分析模型

图1为Halbach阵列PMLSM的磁力线分布,可见初级铁心两端附近磁场发生了畸变,这是端部效应产生的原因。……