無鐵心長定子永磁直線同步電機簡介概述直線電機工作原理與普通旋轉(zhuǎn)電動機基本相同，都是由旋轉(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。根據(jù)定子長度的不同，直線電機可分為長定子直線電機和短定子直線電機。長定子直線電機的定子（初級線圈）設(shè)置在導(dǎo)軌上，其定子繞組可以在導(dǎo)軌上無限長地鋪設(shè)。短定子直線電機的定子設(shè)在車輛上，其長度受列車長度的限制。磁浮列車的導(dǎo)軌磁場與車輛磁場可以同步運行，也可以不同步，據(jù)此可以將直線電機劃分為直線同步電機和直線感應(yīng)電機兩大類型。直線同步電機LSM（LinearSynchronousMotor）一般采用長定子技術(shù)，定子線圈（初級線圈）安裝在導(dǎo)軌上，直線感應(yīng)電機LIM（LinearInductionMotor）一般采用短定子技術(shù)，定子線圈（初級線圈）安裝在車輛上，而轉(zhuǎn)子部分則安裝在導(dǎo)軌上。永磁直線同步電機按照初級有無鐵心可分為有鐵心PMLSM和無鐵心IPMLSM（IronlessPMLSM）。有鐵心結(jié)構(gòu)由于鐵心可聚磁，電機氣隙磁密較大，可獲得較大的推力，在需要大推力場合應(yīng)用較廣泛，缺點是鐵損較大。無鐵心結(jié)構(gòu)推力相對較小，但與有鐵心結(jié)構(gòu)相比，具有很多優(yōu)點，例如取消鐵心，也就沒有齒槽效應(yīng)，電機可以平穩(wěn)的運行，定位精度較高，且沒有了鐵心損耗，提高了電機效率REF_Ref71304840\r\h[5]。目前我國已有上海浦東機場磁浮示范線、北京中低速磁浮S1線及長沙機場線三條商業(yè)線運營，其中長沙線和北京S1線均屬低速磁浮線路，均使用短定子直線感應(yīng)電機作為驅(qū)動電機。優(yōu)點是制造成本較低，缺點是需要地面對磁浮列車進行接觸供電，功率因數(shù)和效率相對較低，不能實現(xiàn)完全的無接觸運行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，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。（a）徑向充磁（b）切向充磁圖1.1常規(guī)永磁同步電機磁體排列Figure1.1Magnetarrangementofconventionalpermanentmagnetsynchronousmotor1979年K.Halbach提出了一種新型的永磁體排列方式，由多塊永磁體組成一個磁極，相鄰的永磁體的充磁角度相差固定的度數(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1.2Halbach永磁體陣列Figure1.2HalbachpermanentmagnetarrayHalbach陣列結(jié)構(gòu)是由徑向充磁、切向充磁及相鄰充磁角度固定的永磁體按規(guī)律構(gòu)成。比較典型的Halbach陣列永磁體組合有以下種類，相鄰磁鐵充磁角度如果為90°的，每極包含兩塊磁鋼；60°Halbach陣列，每極包含三塊磁鋼；以及45°Halbach陣列，每極包含四塊磁鋼。設(shè)計合理的Halbach陣列能夠大幅增強氣隙一側(cè)的磁場，削弱另一側(cè)的磁場，并能實現(xiàn)較小的正弦畸變率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，因此采用Halbach永磁陣列的電機