一种新型大推力直流直线电机的结构设计

图4　中间层磁钢组件结构示意图(剖去一角)

3.2 斜磁钢结构
　　由于电机齿槽的存在，使得电枢表面气隙磁导变得不均匀，对于直流电机来说，其主要影响是将产生力矩(推力)波动。在设计电机时，降低力矩(推力)波动的有效的、常用的方法是采用斜槽结构。
　　对于一般旋转电机，铁心的斜槽要求尽量安排在转子上，以便于叠压和绕组下线，少数也有定子斜槽的，对于本文研究的平板式直线电机，若在电枢部分采用斜槽结构会给机械加工等工作增加很多困难，因此本文采用斜磁钢的方法，斜槽角度等于一个电枢齿距。如图4所示。这样，定子、动子间相对而言就是一种斜槽结构。
3.3 电枢铁心
　　很多直流直线电机是无槽、无电枢铁心的，其主要优点是可动部分质量小、定位速度快等。在结构上，其动子部分只由线圈组成，这正是其可动部分质量小的原因。但同时，由于导线主要由铜、铝等材料制成，其导磁能力极差，从物理意义上讲，对于这种无槽电机，线圈的厚度也成为气隙长度的一部分，因此大大增加了气隙长度，这就使得这种电机的气隙磁密普遍较低，一般在0.5T以下。
　　由于本文所研制的是一种大推力电机，必须追求高气隙磁密这个指标。使用开槽的铁心将线圈镶嵌在槽里是一种可行的减少气隙长度的好办法。采用铁心开槽方式以后，气隙磁密可以达到0.6～0.7T，甚至更高。
　　当然，由于动子部分的铁心的存在，增加了可动部分质量，即增加了惯性，使电机动态响应速度降低。但是同时，由于气隙磁密增高使得单位体积电枢产生的力增加，又提高了动子的加速度，因此增加开槽铁心后，对电机动态特性的影响并不严重，甚至如果后者因素占优势还有可能降低电机的机械时间常数。实验结果也证实了这一点。

4 结论
　　从本文分析可见，采用多层气隙和电枢可以在不增加线负荷的前提下大幅度增加直线电机推力，而电机体积增加比较少，从而达到增大推力/体积比的目的。另一方面，为了使多层气隙结构能够实现而采用的平板式电枢结构在一定程度上增加了机械加工的难度。同时，为保证多层气隙的均匀，对机械加工的精度要求也很高。为此，在设计时应该针对电机实际应用的场合确定适当的加工精度。

第一作者简介：李立毅，男，1969年10月生，助理研究员(博士生)。
作者单位：哈尔滨工业大学　哈尔滨 150001

参考文献
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2　王占林，李培滋.飞机液压传动与伺服控制.国防工业出版社.1980:1-12
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