作者介紹

寇寶泉，哈爾濱工業大學教授，博士生導師，工學博士，IEEE會員，中國電工技術學會高級會員。獲2005年度教育部技術發明一等獎1項，獲2006年度國家技術發明二等獎1項，獲第六屆國際發明展覽會銀獎2項，獲第十九屆全國發明展覽會銀獎1項，獲2014年度教育部技術發明二等獎1項。2008年入選教育部“新世紀優秀人才支持計劃”。致力于直線電機與平面電機系統技術、分布式能源發電及能量存儲技術、磁懸浮及電磁推進技術的研究。近年來獲授權國家發明專利130余項。

本文針對傳統的4極6槽雙邊對稱長初級永磁直線同步電機，在保證電磁推力大小的情況下，提出了一種采用雙邊錯位來降低永磁體渦流損耗的有效方法。介紹了電機的基本結構，闡明雙邊錯位結構可以完全消除偶數次電樞諧波磁動勢，進而能大幅度降低次級永磁體渦流損耗。

研究背景

20世紀90年代以來，電力電子技術的發展日趨成熟，用于電磁推進系統的直線電機逐漸成為研究的熱點。雙邊長初級分數槽集中繞組永磁直線同步電機非常適用于高速、高加速度場合。

但是分數槽集中繞組的電樞磁動勢諧波含量比較大，特別是高速場合，這些諧波磁動勢相對于次級高速運動，進而在永磁體內感應出渦流，使得永磁體溫度升高，甚至引起退磁。因此，研究有效降低次級渦流損耗的方法具有很重大的意義。

論文方法及創新點

圖1為傳統4極6槽DSSLP-PMLSM的基本結構。圖2為提出的雙邊DSDLP-PMLSM的基本結構。

圖1 DSSLP-PMLSM基本結構

圖2 DSDLP-PMLSM基本結構

電機主要由初級和次級兩部分組成，初級包括初級鐵心和兩套初級繞組，次級包括基板和永磁體。雙邊初級形成串聯磁路，兩套繞組對應相串聯連接。

相比于傳統對稱結構，DSDLP-PMLSM的主要特點：①初級寬等于槽寬，雙邊鐵心一側的齒與另一側的槽相對；②兩套繞組不是對稱布置，對應相之間錯了一個極距，并且反向連接。

選取同相相互錯位的兩個單線圈為對象，分析DSDLP-PMLSM的電樞磁動勢。圖3為兩個線圈的磁動勢諧波分布。從圖可見，相互錯位的兩個同相線圈產生的各次諧波磁動勢有所差異，1、5、7次諧波磁動勢分量空間分布相同，2、4次諧波磁動勢分量空間分布正好反向。

圖3 磁動勢諧波分析

圖4為相同工況下兩種結構的電磁推力對比曲線。從圖中可知，兩種結構電磁推力隨時間的變化曲線相差不大，錯位結構的平均電磁推力略小于對稱結構。對稱結構的平均電磁推力為596N，錯位結構的平均電磁推力為566N，約降低了5%，錯位結構對電機電磁推力的影響很小。

圖4 電磁推力對比曲線

圖5為兩種結構的永磁體渦流損耗對比曲線。從圖中可知，對稱結構的永磁體渦流損耗平均值為36.1W，錯位結構為5.6W，降低了近84.5%。

圖5 永磁體渦流損耗對比曲線

圖6為永磁體渦流損耗分布。從圖中可知，對于對稱結構，基板兩側的永磁體渦流呈對稱分布，錯位結構基板兩側的永磁體渦流損耗分布不同，錯位結構可以有效地降低永磁體渦流損耗。

圖6 永磁體渦流損耗分布

總結

本文針對4極6槽雙邊對稱長初級永磁直線同步電機，提出一種雙邊錯位結構，采用雙邊錯位的方法對電機電樞磁動勢諧波進行削弱。

結果表明，雙邊錯位結構相比于雙邊對稱結構，電樞諧波磁動勢僅存在奇數次，偶數次被完全消除；雙邊錯位結構對電機的定位力和電磁推力影響都很小，使永磁體渦流損耗下降了近84.5%，該結構可以在保證電磁推力的情況下有效降低永磁體渦流損耗。

引用本文

寇寶泉， 葛慶穩， 張浩泉， 牛旭， 黃昌闖. 雙邊錯位高速永磁直線同步電機的設計與分析[J]. 電工技術學報， 2021, 36(6): 1149-1158. Kou Baoquan, Ge Qingwen, Zhang Haoquan, Niu Xu, Huang Changchuang. Design and Analysis of Double-Sided Dislocated High Speed Permanent Magnet Linear Synchronous Motors. Transactions of China Electrotechnical Society, 2021, 36(6): 1149-1158.