[發明專利]一種基于縱向端部效應抑制的動磁式永磁同步直線電機設計方法

有效

• 申請號: 201811547793.3
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109672304B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 王群京;李國麗
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: H02K15/00
• 分類號: H02K15/00;G06F30/17;G06F30/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

1.一種基于縱向端部效應抑制的動磁式永磁同步直線電機設計方法，動磁式永磁同步直線電機包括長行程初級電樞鐵心、電樞線圈、次級永磁體和次級軛部，初級繞組采用集中繞組或分布繞組，次級動子為表貼式永磁體結構或內嵌式永磁體結構，初級和次級之間是氣隙，初、次級未耦合的部分形成半開域磁場，電機的外形結構為平板型；動磁式永磁同步直線電機是雙邊初級結構或單邊結構，次級縱向端部效應的強弱與氣隙長度、端部磁極的剩磁、形狀、以及基本尺寸比相關，基本尺寸比為氣隙長度g/極距τ及永磁體磁化方向長度h_m/極距τ，其特征在于：該方法包括如下步驟：

步驟1，根據電機的功率等級和冷卻條件確定電機的氣隙長度，對于表貼式永磁同步直線電機，氣隙長度g/極距τ的比值大于0.065，對于內嵌式結構，其初級端部永磁體的漏磁相對較小，氣隙長度g/極距τ的比值不小于0.05；

步驟2，在與端部效應關聯的氣隙長度g和極距τ確定之后，確定電機的極槽配合，隨后根據電機設計的基本關系式，選取電機的電磁負荷，確定初級鐵心尺寸，初級繞組參數以及永磁體的體積用量；

步驟3，根據永磁體體積公式V_m＝h_mL_mL_ef，其中L_m為永磁體寬度，h_m為永磁體磁化方向長度，L_ef為平板型永磁同步直線電機的橫向寬度，為抑制端部效應，L_mh_m的選擇需要在滿足V_m的基礎上，根據選用的永磁體材料的剩磁B_r和磁積能進行動態調整，永磁體采用釹鐵硼永磁材料，在表貼式永磁同步直線電機中，磁化長度h_m與永磁體寬L_m之比應大于0.3，在內嵌式釹鐵硼永磁同步直線電機中，永磁體磁化方向長度h_m與永磁體寬L_m之比應大于0.5，永磁同步直線電機的極弧系數在0.65～0.85之間，由選定的極弧系數和極距計算得到永磁體寬L_m，進而確定永磁體磁化方向長度h_m；

步驟4，考慮到端部效應的影響，永磁同步直線電機的磁路分為端部磁極磁場形成的磁通路和中間磁極磁場形成的磁通路，在磁路模型中，空載漏磁系數影響并代表著模型的計算精度，端部磁路的漏磁系數σ₀₁為中間磁極磁路漏磁系數σ₀₂的1.1～1.3倍，磁路的空載漏磁系數σ₀的選取采用具體計算公式如下：

或

其中，p為極對數，σ₀₁和σ₀₂通過求解二維電磁場來獲得；

步驟5，完成磁路計算后，進行初級直流電阻、初級與次級漏抗、同步電抗參數計算，以及電機負載后的工作特性計算；

步驟6，在獲得電機的電磁方案之后，根據需要進一步進行端部效應的優化設計工作，采用不等的端部與中間磁極極弧系數組合的方法對動磁式永磁同步直線電機較低階次的諧波削減，在表貼式永磁同步直線電機中，端部輔助鐵心的高度H為H＝h_m+0.5g，寬度為(1/3～1/2)τ，在內嵌式永磁同步直線電機中，是將端部輔助鐵心在寬度和高度方向放大來實現。