构图和动子结构图。所述定子错齿式平板型12/14极直线开关磁链电机由两 个定子和两个动子构成，分别为定子I、定子I、动子I和动子II。所述动子I与定子I对 应，所述动子II与定子II对应。所述动子I和动子II结构相同，沿Z轴方向并列放置，沿 X轴相同位置的永磁体采用相反的充磁方向，中间采用隔磁材料来隔离和固定。所述定子I 和定子II结构相同，沿Z轴方向并列放置，并且定子I凸齿和定子II凸齿沿X轴错开一个 错齿位移，中间采用隔磁材料来隔离和固定。
[0044] 所述错齿位移的确定方法，其步骤如下：
[0045] (1)根据定子错齿式12/14极平板型直线开关磁链电机的结构参数并通过傅立叶 分析，得到动子I的瞬时齿槽力表达式，如式（1)所示：
[0046] 户;1 二 C,"sin(P似/ 十巧I)十艺/+ (1)
[0047] 其中，其中Fei为动子I的瞬时齿槽力，F。。和F。。"分别是齿槽力基波和n次谐波分 量的幅值。《是动子运动对应的电角速度，t为电机运行时间，齡1和從A分别是齿槽力基波 和n次谐波分量的相位角，P为电机齿槽力周期对电机电周的倍数，根据有限元仿真结果，P 为1。 W48] 同样根据电机参数可W得到动子I的瞬时反电势的基波和二次谐波，如式0)所 示：
[0049] = ￡," sin((必 + 約）+ ￡:," sin(2(如 + 沪） （2)
[0050] 其中，e巧动子I的瞬时反电势，其中Em和E2m分别是所述反电势基波和二次谐波 分量的幅值；妍和02分别是反电势基波和二次谐波分量的相位角； 阳〇5U 似W定子I与定子II的错齿位移为变量，得出动子II的瞬时齿槽力表达式，如 式（3)所示：
[0052]
[0053] 其中，FtII为动子II的瞬时齿槽力，XI为定子I与定子II的错齿位移，IS为是定 子齿距。
[0054] 同样，W定子I与定子II的错齿位移为变量，得到动子II的瞬时反电势基波和二 次谐波表达式，如式（4)所示：
阳化引 ㈱
[0056] 其中，e"为动子II的瞬时反电势。
[0057] 做将步骤（1)中得到的动子I的齿槽力与步骤似中得到的动子II的齿槽力相 加，得到合成齿槽力F。的表达式，如式（5)所示：
[0058] 釣
[0059] 其中，F。为电机的合成瞬时齿槽力。
[0060] 根据合成齿槽力表达式，使用MTLAB得出合成齿槽力峰值随错齿位移对应的电 角度0S的变化如图4所示，图4是根据本发明一实施例的定子错齿式平板型12/14极直 线开关磁链电机齿槽力峰值与错齿位移对应电角度的关系图。所述齿槽力峰值随错齿位移 的变化而变化，可W根据齿槽力峰值大小选择错齿位移。
[0062] 将步骤（1)中得到的动子I的反电势与步骤（2)中得到的动子II的反电势相减， 得到合成反电势e的表达式，如式（6)所示：
[0064] 其中，e为电机合成永磁磁链产生的瞬时反电势。 W65] 使用MTLAB得出合成反电势幅值，二次谐波含量m随0 ,的变化如图5所示。图 5是根据本发明一实施例的定子错齿式平板型12/14极直线开关磁链电机反电势幅值的标 么值、二次谐波含量的标么值与错齿位移对应电角度的关系图。所述反电势幅值、二次谐波 含量随错齿位移的变化而变化，可W根据反电势幅值大小、正弦度选择错齿位移。使合成反 电势基波幅值最大、二次谐波含量最小的是180°，选择180°对应的错齿位移Tg/2为 错齿位移I。在齿槽力峰值中，选取距离错齿位移I最近的齿槽力峰值的最小值，即180° 对应的错齿位移Ts/2为错齿位移II。此时错齿位移I与错齿位移II相等，则选择错齿位 移I作为错齿位移，即Tg/2。其中：
C)
[0067] 由两个电机比较的波形可见，本发明所述一种平板型直线开关磁链电机具有如下 效果：
[0068] 1、齿槽力为相同尺寸平板型直线开关磁链电机的一半，推力脉动减小了一半，如 图7和图8。图7是根据本发明一实施例的定子错齿式平板型12/14极直线开关磁链电机 (简称MTLFSPM-T巧和相同尺寸的平板型12/14极直线开关磁链电机（简称MTLFSPM)的齿 槽力波形比较。比较两个电机齿槽力峰值大小。 W例图8是根据本发明一实施例的定子错齿式平板型12/14极直线开关磁链电机（简 称MTLFSPM-T巧和相同尺寸的平板型12/14极直线开关磁链电机（简称MTLFSPM)的电磁 推力波形。比较两个电机电磁推力的平均值大小，脉动大小。所述脉动大小可W反映出齿 槽力的大小。 阳070] 2、反电势正弦度提高了，如图6。
[0071] 图6是根据本发明一实施例的定子错齿式平板型12/14极直线开关磁链电机（简 称MTLFSPM-T巧和相同尺寸的平板型12/14极直线开关磁链电机（简称MTLFSPM)的反电 势波形比较。比较两个电机反电势的幅值大小，正弦度变化。
[0072] 3、输出推力平均值与相同尺寸平板型直线开关磁链电机相差不大，如图8。
[0073] 需要说明的是，本发明具有通用性，适用于多种结构平板型直线开关磁链电机，任 意励磁方式（电励磁或者永磁），任意定子极数成和转子极数Nf，都可使得电机电磁性能最 优。
【主权项】
1. 一种平板型直线开关磁链电机，所述电机由定子和动子组成；所述定子和动子都是 平板型结构；所述定子的长度大于动子的长度；所述定子由凸极结构的铁忍组成；所述动 子由U型铁忍、励磁源、电枢线圈组成；所述励磁源放置在相邻两个U形铁忍中间，且相邻励 磁源充磁方向相反；所述电枢线圈放置在励磁源两侧U型铁忍槽内；其特征在于，所述电机 沿水平方向左右分为结构相同的两段，分别是I段和II段，两段之间采用隔磁材料来隔离 和固定；所述I段由动子I和定子I构成，II段由动子II和定子II构成；动子I和动子II 沿水平方向相同位置的励磁源采用相反的励磁方向，定子I凸齿和定子II凸齿沿水平方向 前后错开一个错齿位移；所述水平方向为电机动子运行的方向。2. 根据权利要求1所述的一种平板型直线开关磁链电机的错齿位移选择方法，其特征 在于，其步骤如下： 步骤I:根据电机的结构参数并通过傅里叶分解，得到动子I的瞬时齿槽力Fti:其中，和F分别是齿槽力基波和η次谐波分量的幅值；ω是动子运动对应的电角 速度，t为电机运动时间，和Aw分别是齿槽力基波和η次谐波分量的相位角，Ρ为电机齿 槽力周期对电机电周期的倍数； 同样，根据电机的结构参数，得到动子I的瞬时反电势ei，e康达式为：其中，Em和Ezm分别是所述反电势基波和二次谐波分量的幅值；妍和9?分别是反电势基 波和二次谐波分量的相位角； 步骤II 定子I与定子II的错齿位移为变量，得出动子II的瞬时齿槽力Ftii:其中，Χι为定子I与定子II的错齿位移，τS为是定子齿距； 同样，W定子I与定子II的错齿位移为变量，得到动子II的瞬时反电势e。，e。的表 达式为：步骤III:将步骤I动子I的齿槽力与步骤II动子II的齿槽力相加，得到合成的瞬时 齿槽力F。：由瞬时齿槽力F。，得到齿槽力峰值，所述齿槽力峰值是错齿位移的函数； 将上述动子I的反电势与动子II的反电势相减，合成的瞬时反电势e:所述瞬时反电势e的基波幅值W及二次谐波幅值与基波幅值之比是错齿位移的函数； 由瞬时反电势e确定错齿位移I，在错齿位移I处，瞬时反电势e的基波幅值最大、二次 谐波幅值与基波幅值之比最小；在所述齿槽力峰值里的较小值对应的错齿位移中，选取距 离错齿位移I最近的错齿位移作为错齿位移II;如果错齿位移I与错齿位移II相等，则选 择错齿位移I作为错齿位移；如果错齿位移I与错齿位移II不相等且两者之差小于定子齿 距的1/20,则选择错齿位移II作为错齿位移；如果错齿位移I与错齿位移II不相等且两 者之差大于等于定子齿距的1/20,则选择错齿位移I和错齿位移II之和的一半作为错齿位 移。
【专利摘要】本发明提出一种平板型直线开关磁链电机及其错齿位移选择方法。所述电机左右分为结构相同的两段；两段的动子相同位置的励磁源励磁方向相反，两段的定子凸齿前后错开一个错齿位移；把使得反电势基波幅值最大、二次谐波与基波幅值之比最小的错齿位移作为错齿位移I；把距离错齿位移I最近的使得齿槽力峰值最小的错齿位移作为错齿位移II；根据所述两个错齿位移的比较选择电机的错齿位移。本发明中的一种平板型直线开关磁链电机结构及错齿位移选择方法，适用多种平板型结构直线电机，任意励磁方式，任意定子极数和动子极数，都可使得电机的反电势正弦度高，幅值大，齿槽力小，推力脉动小。
【IPC分类】H02K41/03
【公开号】CN105406682
【申请号】CN201510857037
【发明人】郝雯娟, 王宇, 邓智泉
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月30日