科研简报：游标型永磁直线电机的研究进展初级励磁型永磁直线电机是从

初级励磁型永磁直线电机是从传统永磁直线电机衍生而来的一类新型特种电机，具有高推力密度、高效率、高精度和高可靠性等优点。在长行程直驱式直线运动领域，该类电机有其独特的性能与成本优势，具有很高的研究价值和广阔的应用前景。初级励磁型永磁直线电机从空间结构来看，可分为单边型、双边型和圆筒型三种结构；从励磁方式来看，主要有永磁励磁和混合励磁两种方式；从磁场分布来看，可分为纵向磁通和横向磁通。

文章图片
根据磁阻最小原理，游标型永磁直线电机（Vernier永磁直线电机， V永磁直线电机）次级移动较小的位置即可使气隙磁导产生较大的变化。利用其“磁齿轮效应” ，可以实现低速大推力，其典型拓扑结构如图1所示。游标型与磁通反向型永磁直线电机结构非常相似，两者的差异在于游标型的永磁体极对数较高而磁通反向型极对数较低。按照永磁体的极性，游标型永磁直线电机同样可分为双极性结构和交替极结构。

文章图片
图1游标型永磁直线电机典型拓扑
【科研简报：游标型永磁直线电机的研究进展】1双极性结构
日本安川电机公司的NagahikoNagasaka等于1994年提出了图2所示的双极性V永磁直线电机。其中，初级电枢齿上表贴有两对永磁体，而次级仅由凸极铁心构成。有学者进一步提出了类似结构的双边型双极性V永磁直线电机，其中初级铁心包括C型和E型结构，每个电枢齿上表贴有三对永磁体，如图3所示。
在此基础上，有学者将电枢齿上的永磁体极数从偶数扩展到奇数，其拓扑结构如图4所示。研究表明，采用奇数极结构时永磁体漏磁与齿槽力可明显降低，且“磁齿轮效应”仍明显存在。

文章图片
图2双极性游标型

文章图片
图3双边型双极性游标型

文章图片
图4奇数极双极性游标型
?2交替极结构
为了进一步降低永磁用量并减少漏磁，部分研究人员开始对交替极结构的V永磁直线电机展开研究。有学者在双极性奇数极结构的基础上，用铁心替代其中两块相同极性的永磁体，得到了一种交替极V永磁直线电机。结果显示，该电机永磁用量为原来的75% ，但主要次谐波及推力却分别提高了43%和34% 。
针对交替极结构存在的漏磁问题，江苏大学的赵文祥教授对永磁体进行了改进，并提出了一类Halbach聚磁式交替极V永磁直线电机，如图5所示。围绕解析建模、槽极配合、新型拓扑结构和模块化设计等方面，该类电机得到了深入研究。研究表明， Halbach永磁阵列可以有效减少漏磁并提高气隙磁通密度，并且当永磁体极对数为3时推力密度最高。

文章图片
图5Halbach聚磁式交替极游标型
与此同时，有学者提出了两种不同结构的V型和Halbach型聚磁式交替极V永磁直线电机，如图6所示。与图5相比，图6b所示的Halbach型永磁阵列与分裂齿的相对位置不同。研究表明， V型和Halbach型聚磁式交替极结构可比原交替极结构进一步提高约10%的推力。

文章图片
图6聚磁式交替极游标型