中文摘要：

直线电机驱动系统具有速度范围宽、加速度大、定位精度高、行程不受限制等突出优点，因此，在数控装备、半导体制造装备中得到了越来越广泛的应用。本项目提出并研究一种双向交链横向磁通直线永磁同步电机，与传统的直线电机相比，本方案具有推力密度高、结构简单、成本低、效率高等特点，可有效地减小直线电机的体积和重量，在直接驱动领域具有良好的应用前景。本项目重点围绕该新型横向磁通直线电机的推力密度提升机理、数学模型、系统特性以及设计方法展开研究研究分析该横向磁通直线电机与传统纵向磁通直线电机的推力密度极限性能；对比分析不同拓扑结构双向交链横向磁通直线电机的推力密度、功率因数特性；探索电机主要尺寸变化对推力密度、功率因数的影响规律；研究该类型直线电机定位力特性及其抑制方法；分析横向极距、纵向极距、极弧系数等参数变化对电机推力密度的影响；研究不同拓扑结构双向交链横向磁通直线电机的设计方法。

结论摘要：

直线电机驱动系统具有速度范围宽、加速度大、定位精度高、行程不受限制等突出优点，因此，在数控装备、半导体制造装备中得到了越来越广泛的应用。本项目提出并研究一种双向交链横向磁通直线永磁同步电机，与传统的直线电机相比，本方案具有推力密度高、结构简单、成本低、效率高等特点，可有效地减小直线电机的体积和重量，在直接驱动领域具有良好的应用前景。本项目重点围绕该新型横向磁通直线电机的推力密度提升机理、数学模型、系统特性以及设计方法展开研究对比分析了双向交链横向磁通直线永磁同步电机与传统横向磁通直线电机、纵向磁通直线电机电磁推力产生机理，发现双向交链横向磁通电机不仅具有横向磁通电机电磁负荷解耦的特点，可以通过减小极距，增加极数的方法提升推力密度，同时双向交链结构使得电机内部空间利用率及永磁体的利用率提高，有利于电机推力密度的提升；通过采用等效磁路法与有限元相结合的方法，分析了双向交链横向磁通直线永磁同步电机的主磁场与漏磁场，推导了绕组反电势的计算式、电磁推力的表达式、主电感与漏电感的计算式，建立了该电机的数学模型；通过有限元法计算了双向交链横向磁通直线永磁同步电机的各部分磁场，分析了电机主要尺寸变化对推力密度的影响，包括纵向极距、横向极距、横向齿宽、横向槽宽与槽高对推力密度的影响，为电机主要结构尺寸的确定提供了理论依据；优化了电机主要尺寸参数，如初级单元铁心叠厚、极弧系数对电机定位力的影响，同时也对比分析了采用斜极、分段错极方法对电机定位力的影响，结果表明，采用三相结构的合理分布可以大幅削减电机的定位力，同时极弧系数为0.6，初级单元铁心为0.7倍的极距时电机定位力较小；在电机数学模型与特性分析的基础上，本项目开展了对双向交链横向磁通直线电机设计方法的研究。提出了该电机的基本设计原则，确定了电机主要尺寸参数的计算方法，为电机的工程化设计与制造提供了有力的理论与技术支撑。通过系统的分析，完善的优化，本项目建立了双向交链横向磁通永磁同步直线电机的理论体系，进一步丰富了直线电机种类，为直线电机的广泛应用夯实了基础。