Halbach型次級永磁同步直線電機尺寸優化

徐鑫鑫，吳華春,2，冉少林，李 朋，張 麗,2

(1.武漢理工大學 機電工程學院，湖北 武漢 430070；2.湖北省磁懸浮工程技術研究中心，湖北 武漢 430070)

相較電勵磁直線電機，永磁同步直線電機(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)具有推力密度大、體積小、損耗小和控制簡單等優勢。為了提高其電磁推力并降低推力波動，國內外學者開始將Halbach陣列運用到PMLSM中。Halbach陣列將永磁體按照一定的順序排列，使陣列一側的磁場增強，另一側的磁場減弱，且強側磁場分布呈現良好的正弦性[1]。

國內外學者從20世紀90年代開始對Halbach 陣列在直線電機的應用進行研究。文獻[2]通過仿真實驗比較了Halbach陣列每極永磁體的塊數分別為3、4、5、6情況下的電機推力波動的大小，且與常規磁體結構的直線電機相比，采用Halbach型陣列磁體結構的永磁直線電機起動響應時間減小，起動推力有所提高。文獻[3]對比分析了Halbach陣列結構和徑向永磁陣列結構的兩種無鐵心繞組的直線電機，通過空載反電動勢、靜態推力和閉環定位實驗說明了Halbach陣列較徑向永磁陣列的優點。

文獻[4]對比分析了無背鐵Halbach陣列結構及有背鐵徑向陣列結構兩種直線電機，通過氣隙磁場和空載反電動勢實驗說明了Halbach陣列較常規陣列的優點。文獻[5]提出并分析了一種新型Halbach陣列的無鐵心永磁直線電機，陣列采用T型永磁體。其對新型 Halbach 陣列產生的氣隙磁場解析公式進行了推導，并證明這種新型Halbach陣列可明顯降低電機的推力波動。

文獻[6]設計了一種“凸”形雙層Halbach陣列永磁電機，對其氣隙磁密進行了諧波分析與優化。……