無鐵心長定子永磁直線同步電機簡介概述直線電機的工作原理與普通旋轉(zhuǎn)電動機基本上是類似的，都是通過旋轉(zhuǎn)電動機演化而來的。如果沿傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機轉(zhuǎn)子中心向一側(cè)切開并且展開，如圖1.1，旋轉(zhuǎn)電機就相應(yīng)變?yōu)榱酥本€電機?？梢愿鶕?jù)直線電機定子的長度將直線電機分為長定子直線電機和短定子直線電機。其中長定子直線電機主要特點就是定子繞組（即初級線圈）在導(dǎo)軌上，并且可以無限長地鋪設(shè)。而短定子直線電機的定子繞組則設(shè)置在列車車輛上，因此定子的長度會受到列車車輛的長度的限制。磁懸浮列車的導(dǎo)軌磁場和列車車輛磁場既可以同步也可不同步運行，因此可以根據(jù)是否同步運行將直線電機分為直線同步電機LSM（LinearSynchronousMotor）和直線感應(yīng)電機LIM（LinearInductionMotor）兩種類型。其中直線同步電機采用的一般是長定子直線電機，其定子繞組（即初級線圈）在導(dǎo)軌上，而直線感應(yīng)電機采用的一般是短定子直線電機，短定子直線電機的定子繞組則設(shè)置在列車車輛上，轉(zhuǎn)子部分則可以安裝在導(dǎo)軌上。對于永磁直線同步電機可以根據(jù)初級繞組是否存在鐵心可以將永磁直線同步電機分為有鐵心PMLSM和無鐵心IPMLSM（IronlessPMLSM）。有鐵心PMLSM由于存在鐵心結(jié)構(gòu)具有聚磁作用，這使得電機的氣隙磁場的密度較大，因此可以使得電機推力增強，可以應(yīng)用在推力較大的場合，但是有鐵心結(jié)構(gòu)的缺點就是鐵損較大。無鐵心IPMLSM結(jié)構(gòu)的特點就是電機推力較小，但是相比于有鐵心結(jié)構(gòu)具有較多優(yōu)勢，例如不存在鐵心結(jié)構(gòu)也就沒有鐵心損耗，使得電機效率得到提高，同時還沒有齒槽效應(yīng)，使得電機能夠相對平穩(wěn)的運行，且電機的定位精度也更高。目前我國已有的在運營中的磁懸浮鐵路線路有上海浦東機場磁浮示范線、北京中低速磁浮S1線以及長沙的機場線，其中長沙線和北京S1線均屬于低速磁浮線路，使用的驅(qū)動電機技術(shù)均采用的是短定子直線感應(yīng)電機，其特點就是成本低，但是缺點就是需要接觸供電，不能完全無接觸運行，且功率因數(shù)和效率相對較低REF_Ref71304856\r\h[6]。常規(guī)的永磁直線同步電機采用平行充磁的磁體，如圖1.1所示，圖（a）為徑向充磁，圖（b）為切向充磁，但這種結(jié)構(gòu)無法獲得較好正弦氣隙磁密，只能通過使用短距分布繞組來得到正弦電勢。圖STYLEREF1\s1.SEQ圖\*ARABIC\s11常規(guī)永磁同步電機磁體排列FigureSTYLEREF1\s1.SEQFigure\*ARABIC\s11MagnetarrangementofconventionalpermanentmagnetsynchronousmotorK.Halbach等人在1979年提出了一種新型的永磁體排列方式，該排列方式是根據(jù)多個永磁體組成一個磁極，而相鄰的永磁體的充磁角度均相差固定的度數(shù)，如圖1.2所示。這種排列方式可以有效地減小非氣隙側(cè)的漏磁，得到正弦性較好的氣隙磁密REF_Ref71305478\r\h[41]REF_Ref71305480\r\h[42]REF_Ref71305482\r\h[43]。圖STYLEREF1\s1.SEQ圖\*ARABIC\s12Halbach永磁體陣列FigureSTYLEREF1\s1.SEQFigure\*ARABIC\s12HalbachpermanentmagnetarrayHalbach陣列結(jié)構(gòu)指的是徑向充磁、切向充磁及相鄰充磁角度固定的永磁體按照一定的規(guī)律構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。目前較為典型的Halbach陣列永磁體組合有以下幾種類型，當相鄰磁鐵充磁角度如果為90°的Halbach陣列，則每極包含兩塊磁鋼；充磁角度如果為60°的Halbach陣列，則每極包含三塊磁鋼；以及充磁角度如果為45°Halbach陣列，則每極包含四塊磁鋼。Halbach陣列如果得到合理的設(shè)計不僅能夠使得氣隙一側(cè)的磁場得到較大幅度的增大，并且對另一側(cè)的磁場進行削弱，同時還能使得正弦畸變率更小REF_Ref71305530\r\h[7]REF_Ref71305532\r\h[8]。由于合理的Halbach永磁陣列結(jié)構(gòu)設(shè)計可以實現(xiàn)單側(cè)磁屏蔽，最大限度提高氣隙側(cè)磁場強度，其正弦性亦較好，因此