一定程度的抑制， 改善了电机输出，实现了直线电机运行的稳定性。
[0033] 具体的，本发明还提供一种提高直线电机运行效率的优化验证方法，包括如下步 骤：
[0034] 1)旋转永磁电机的齿槽转矩定义为内部的磁共能W相对于位置角α的负导数，即： cW 在TPMLM中定子、动子的相对位置类似旋转永磁电机的位置角，可得直线电机 rW clV 中齿槽力定义j直线电机中齿槽力定义綠=-j设定电机运动的一个周 期就是一个齿距的距离，每块永磁体产生的齿槽力可以用Fourier级数进行描述，对于第i 块永磁体，确定齿槽力的Fourier级数为
[0035]式中X为正体动子的位移，k为谐波次数，k=l，2,3，···，^为齿距，Fk, i为k次谐波的 幅值，:为第i块永磁体k次谐波的相角；
[0036] 6)第i块永磁体k次谐波的相角％,/= %-,。。式中，qp是一个磁极对应的槽数；
[0037] 7)确定总齿槽文
）是2p个磁极产生的齿 槽力的叠加；
[0038] 8)槽极匹配系数&为永磁体的极距和齿槽的齿距的比值，保持齿槽大小和形状 不变的情况下，改变对应的永磁体，确定不同的槽极匹配系数对具有不同槽极匹配系 数f的电机进行优化验证；
[0039] 9)将具有不同槽极匹配系数电机的一个磁极对应的槽数办代入步骤3)中，计算相 应的齿槽力大小，得出具有最小的齿槽力的电机。
[0040] 根据qP是否为整数，可以分为两种情况:若qP是整数，每块永磁体产生的齿槽力的 相角吸,,是相同的，这样整个电机产生的齿槽力将是单个永磁体产生的齿槽力的2p倍;若办 是分数，不同的永磁体产生的齿槽力的相角不相同，这样就可以使得整个电机的齿槽力大 为减小。因此，利用槽极配合可以削弱齿槽力。
[0041] 本发明的技术方案是:对直线电机的原理进行建模分析的基础上，运用有限元分 析软件进行仿真，验证推导的最优槽极匹配系数是否合理。槽极匹配情况如图1所示，保持 齿槽大小和形状不变的情况下，改变对应的永磁体，确定不同的槽极匹配系数f。对槽极 τ S 匹配系数&不同的4个电机进行研究，得到结果。
[0042] 在实际的研究过程中，为了避免其他因素（如端部效应等)对结果产生影响，仿真 过程中，不给线圈通入电流，而是控制次级动子以以确定的速度均速直线运动，可选择以 2.3m/s的速度均速直线运动，得出的就仅仅是由于槽极配比不同而产生的影响。
[0043] 直线电机运行原理：给初级线圈2中通入电流，在线圈周围产生磁通，磁通通过初 级铁芯1、气隙和次级铁芯3，形成闭环磁通。次级永磁体4就会在磁场力的作用下横向做直 线运动，当电流方向改变，次级动子就会做相反的运动。若给初级线圈2通入交变的正弦电 流，则次级在横向做往返的直线运动。
[0044] 本发明直线电机有如下积极效果：（1)本发明直线电机结构简单，运行方便；（2)本 发明直线电机能在一定程度上抑制电机的推力波动，通过该方法验证，优选出的永磁体的 极距定为齿槽的齿距的1.5倍的直线电机，齿槽力比其他直线电机的齿槽力小，从而达到抑 制推力波动的作用。
[0045] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，但是本发明并不受限于上述方式，只 要采用本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进或直接应用于其它场合 的，均落在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种直线电机，其特征在于:包括初级铁忍（I)、初级线圈（2)、次级铁忍(3)和永磁体 (4)，所述初级铁屯、（1)上开有多个齿槽，所述初级线圈（2)绕在相邻齿槽间形成的齿牙上， 所述次级铁屯、（3)位于所述初级铁忍（1)下方作为给定长度的基座，所述永磁体(4)固定排 列在所述次级铁忍(3)上，所述永磁体(4)的极距与齿槽间的齿距的比值为分数。2. 按照权利要求1所述的直线电机，其特征在于:在所述次级铁屯、（3)上设有至少一对 永磁体(4)。3. 按照权利要求2所述的直线电机，其特征在于:所述次级铁屯、（3)上还有设有至少一 对外置永磁体(42 )，及至少有一对内置永磁体(41)。4. 按照权利要求1所述的直线电机，其特征在于:所述齿槽为设于所述为设于所述初级 铁屯、（1)上的开口槽，所述齿牙下端设有朝向相邻齿槽侧延伸的凸台，所述齿槽开口端两侧 的凸台间预留间隙，将所述开口端形成半闭合状态。5. 按照权利要求4所述的直线电机，其特征在于：所述凸台的上端面为向下渐变的斜 面。6. 按照权利要求1至5任一项所述的直线电机，其特征在于:所述永磁体(4)的极距为齿 槽间的齿距的1.5倍。7. -种提高如权利要求1至6任一项所述直线电机运行效率的优化验证方法，其特征在 于，包括如下步骤： 1) 直线电机中齿槽力定义：. -设定电机运动的一个周期就是一个齿距的距 离，每块永磁体产生的齿槽力可W用化urier级数进行描述，对于第i块永磁体，确定齿槽力 的F'ourier级数为.式中X为正体动子的位移，k为谐波次数，k=l, 2,3，…，Ts为齿距，Fk, i为k次谐波的幅值， 齡为第i块永磁体k次谐波的相角； 2) 第i块永磁体k次谐波的相角+ ，式中，qp是一个磁极对应的槽数； 3) 确定总齿槽力是2p个磁极产生的齿槽力 的叠加； 4) 槽极匹配系数为永磁体的极距和齿槽的齿距的比值，保持齿槽大小和形状不变的 情况下，改变对应的永磁体，确定不同的槽极匹配系数'，对具有不同槽极匹配系数的 电机进行优化验证； 5) 将具有不同槽极匹配系数电机的一个磁极对应的槽数qp代入步骤3)中，计算相应的 齿槽力大小，得出具有最小的齿槽力的电机。8. 按照权利要求7所述的提高直线电机运行效率的优化验证方法，其特征在于:在仿真 过程中，控制初级铁忍（1) W确定的速度均速直线运动。
【专利摘要】本发明公开了一种直线电机及提高其运行效率的优化验证方法，直线电机包括初级铁芯(1)、初级线圈(2)、次级铁芯(3)和永磁体(4)，所述初级铁心(1)上开有多个齿槽，所述初级线圈(2)绕在相邻齿槽间形成的齿牙上，所述次级铁心(3)位于所述初级铁芯(1)下方作为给定长度的基座，所述永磁体(4)固定排列在所述次级铁芯(3)上，所述永磁体(4)的极距与齿槽间的齿距的比值为分数。本发明直线电机结构简单，运行稳定方便，在一定程度上可减小推力波动。
【IPC分类】H02P25/064, H02K41/03
【公开号】CN105515333
【申请号】CN201510898314
【发明人】陆华才, 缪碧云, 阮光正, 徐可, 邓晓玲, 李满华
【申请人】安徽工程大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月4日