现代制造工程

2005 ( 1)

高推力永磁直线同步电动机电磁结构研究

石忠东　王先逵　刘　泉　陈定积

摘要　介绍高推力永磁同步直线电动机的原理和特点

指出端部效应和齿槽效应会产生定位力及其波动

提出具有段间

移位的分段式轮换对称初级绕组和铁芯的电磁结构设计方案

分析该方案对端部效应和齿槽效应的消弱作用。分析结

果表明

该方案可以有效改善高推力永磁同步直线电动机的推力平稳性。

关键词

直线电动机　永磁　零传动

中图分类号

: TM359

4; TH16

　文献标识码

: A

　文章编号

: 1671

—

3133 ( 2005) 01

—

0005

—

Study on electrom agnetic structure schem e of h igh thrust

permanen t magnet linear synchronous m otors

Sh i Zhongdong, W ang X ianku i, L iu Quan, Chen D ingji

Abstract

The p rincip le and characteristic of high thrust perm anent m agnet linear motors (HT

PMLSM ) was introduced. The end

effect and slot effect would result in cogging force was indicated. A novel electrom agnetic structure scheme of segm ented w indings

and iron cores w ith cyclic perm utation o rder and shifted relative location among segm ents fo r HT

PMLSM p rim ary part was p resen

ted. Counterpoise of the end effect and slo t effect w ith the novel schem e was analyzed. The result showed that the novel scheme

could effectively imp rove the smooothness of the thrust of HT

PMLSM.

Key words:L inear m otors

Permanen t magnet

Cogg ing force

　永磁同步直线电动机的基本原理和特点

从原理上讲 ,把旋转电动机的转子、

定子以及气隙

分别沿轴线剖开 ,展开成平面状就构成了直线电动机 ,
如图 1所示。

图

　旋转电动机展开成直线电动机示意

高推力永磁直线同步电动机通常由带有三相绕组

的初级、

带有永磁体的次级和初级、

次级间的气隙构

成 ,如图 1b所示。极性交替的次级永磁体之间的纵向
间隔称为极距 τ,次级永磁场的极性每两个极距变化
一个周期 ,此周期称为电角度周期。电角度 θ

与初、

次级间的相对位置

关系为

= 180°

( 1)

…………………………………

然而 ,和旋转伺服电动机相比 ,由于高推力永磁直

线同步电动机初级绕组铁芯为长度有限的非闭合结
构 ,其端部效应较为明显 ,再加上铁芯开槽所导致的齿

槽效应 ,会产生较大的定位力及其波动 ,从而影响其运
动平稳性 ,因此必须首先从设计上寻求能够有效克服
端部效应和齿槽效应的有效电磁结构方案。

　高推力永磁同步直线电动机初级电磁结构

设计

11　针对端部效应的初级电磁结构设计

一台具有 5 /6短距双层绕组结构的三对极永磁同

步 (旋转 )电动机的绕组结构如图 2所示。

图

　具有

5 /6

短距双层绕组结构的三对极

　　永磁同步

(

旋转

)

电动机的绕组结构　

如果将其相应的电磁结构直接展开 ,就可以构成

一台具有 5 /6短距双层绕组结构的三对极永磁同步直
线电动机。展开后形成的直线电动机初级绕组铁芯具

有 41个齿槽 ,总长度不是极距的整数倍 ,且两个纵向
端部中各有 5个齿槽只能填充一半绕组。这种直线电
动机的绕组在空间上不连续、

不闭合 ,破坏了三相绕组

应有的对称性和反电势波形以及绕组电流的对称性 ,
进而引起推力波动及端部定位力 ,这就是所谓的端部

　试验研究　

3 国家“十五 ”计划

( 2001BA203B04)