1.一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构,其特征在于:包括次级磁轭(3),次级磁轭(3)上设有永磁体(7),一个极距内永磁体(7)以N极、S极交替排列;其特征在于:每极下永磁体(7)采用非均匀分块结构,相邻永磁体块之间通过隔磁块(6)隔开。
2.如权利要求1所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构,其特征在于:每极下各块永磁体块的宽度由中间向两端依次递减。
3.如权利要求2所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构,其特征在于:每极下各块永磁体块的宽度由中间向两端按等比数列依次递减。
4.如权利要求2或3所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构,其特征在于:所述永磁体(7)采用非均匀奇数分块拓扑结构,即:每极下,最中间的一块永磁体块的宽度最大,由中间向两端各块永磁体块的宽度依次递减。
5.如权利要求2或3所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构,其特征在于:所述永磁体(7)采用非均匀偶数分块拓扑结构,即:每极下,最中间的两块永磁体块的宽度相等且为最大,由中间向两端各块永磁体块的宽度依次递减。
6.如权利要求1所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构,其特征在于:所述永磁体(7)与对应侧的电机初级定子之间设有气隙。
7.如权利要求1所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构,其特征在于:所述永磁体(7)与用于实现轴向往返运动的外部驱动设备相连。
8.如权利要求1所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构,其特征在于:所述永磁体(7)的磁场通过电机的初级定子铁心形成回路,同时与电机的初级绕组交链,气隙磁场沿轴向呈正弦分布;永磁体(7)通过采用非均匀分块结构,调节气隙磁密。
9.一种如权利要求1~8任一项所述的非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构的设计方法,其特征在于:(A)针对永磁体非均匀奇数分块拓扑结构,即:每极下,最中间的一块永磁体块的宽度最大,由中间向两端各块永磁体块的宽度依次递减;步骤为:步骤A1:构建永磁直线电机励磁拓扑结构设计变量
设最中间的一块永磁体块的宽度为a0、永磁体极距为τp;
向两端延伸各块永磁体块的宽度分别为a1、a2、......、an;ai=a0*q1,i=1、2、3、......n,n为正整数,0<q<1;
由中间向两端,各块隔磁块的宽度分别为t1、t2、......、tn;
步骤A2:确定优化目标
以气隙间磁场高次谐波的比值含量THD为优化目标,高次谐波含量越低,电机稳定性越好;
其中,Bj为j次谐波的有效值,j=1,3,5....m,m为奇数;
Br为剩磁,μr为相对磁导率,hm为永磁体厚度;
步骤A3:通过正交优化法确立设计变量区间
τp的区间为[τb,τc]0<τb<τc;
a0的区间为[ad,ae],0<ad<ae;
隔磁块宽度t1~tn的区间为[tf,tg],0<tf<tg;
正交优化法的基本工具是正交表,正交表反应优化问题的数学模型,在正交表中,实验指标用来反应实验效果,对应优化问题的目标函数即THD的值;实验因素要能对试验指标产生影响,对应优化问题的设计变量即τp、a0、t1~tn、q;因素水平是实验因素所取的数值,对应优化问题的约束条件;
根据正交表计算THD值,最优选取THD最小值,以此逐步缩小拓扑尺寸变化范围;
步骤A4:通过约束条件求得THD最优解
根据因素水平约束条件a0<τp;当永磁体极距τp为某一定值,在区间[ad,ae]内选取a0的取值,在区间[tf,tg]内选取t1~tn的取值,根据正交优化法逐步缩小a0、t1~tn、q的取值范围,最终得到THD最优解情况下,a0、t1~tn、q的值。
(B)针对永磁体非均匀偶数分块拓扑结构,即:每极下,最中间的两块水磁体块的宽度相等且为最大,由中间向两端各块永磁体块的宽度依次递减;步骤为:步骤B1:构建永磁直线电机励磁拓扑结构设计变量
设最中间两块永磁体的宽度为a0、永磁体极距为τp;
向两端延伸各块永磁体的宽度分别为a1、a2、......、an;ai=a0*q1,i=1、2、3、......n,n为正整数,0<q<1;
由中间向两端,各块隔磁块的宽度分别为t1、、t2、......、tn+1;
步骤B2:确定优化目标
以气隙间磁场高次谐波的比值含量THD′为优化目标,高次谐波含量越低,电机稳定性越好:其中,Bj′为j次谐波的有效值,j=1,3,5....m;m为奇数;
Br为剩磁,μr为相对磁导率,hm为永磁体厚度;
步骤B3:通过正交优化法缩短设计变量区间
τp的区间为[τb,τc],0<τb<τc;
a0的区间为[ad,ae],0<ad<ae;
隔磁块宽度t1~tn的区间为[tf,tg],0<tf<tg;
正交优化法的基本工具是正交表,正交表反应优化问题的数学模型,在正交表中,实验指标用来反应实验效果,对应优化问题的目标函数即THD的值;实验因素要能对试验指标产生影响,对应优化问题的设计变量即τp、a0、t1~tn、q;因素水平是实验因素所取的数值,对应优化问题的约束条件;
根据正交表计算THD值,最优选取THD最小值,以此逐步缩小拓扑尺寸变化范围;
步骤B4:通过约束条件求得THD最优解
根据因素水平约束条件a0<τp;当永磁体极距τp为某一定值,在区间[ad,ae]内选取a0的取值,在区间[tf,tg]内选取t1~tn的取值,根据正交优化法逐步缩小a0、t1~tn、q的取值范围,最终得到THD最优解情况下,a0、t1~tn、q的值。