[发明专利]一种基于定子弧形与内阶梯型混合结构的永磁直线电机

权利要求书

1.一种基于定子弧形与内阶梯型混合结构的永磁直线电机，其特征在于，该电机包括相对设置的定子电枢一次侧(1)、气隙层(2)、永磁动子二次侧(3)，位于所述定子电枢一次侧(1)和永磁动子二次侧(3)之间的气隙层(2)，所述定子电枢一次侧(1)包括定子铁心(11)、设置在所述定子铁心(11)内侧的定子齿(13)、安装在两相邻定子齿(13)之间的开槽中的电枢绕组(12)，定子铁心(11)的两端设置有内阶梯形结构的定子端部齿(14)，所述定子齿(13)采用弧形结构；所述永磁动子二次侧(3)包括永磁动子铁心(32)、设置于所述永磁动子铁心(32)表面、采用Halbach不规则永磁阵列的永磁体(31)，所述定子齿(13)的弧形高度h，定子端部齿(14)的水平宽度和垂直高度按照如下方式，确定：

1)根据弧形齿的解析模型确定弧形高度h的初始数值，根据二分法确定定子端部齿(14)的水平距离和垂直距离的初始数值；

2)根据田口优化方法，对所述弧形高度h的初始数值、定子端部齿(14)的水平宽度和垂直高度的初始数值进行优化设计，得到电机定子齿(13)的弧形高度，定子端部齿(14)的水平宽度和垂直高度的最优尺寸。

2.根据权利要求1所述的基于定子弧形与内阶梯型混合结构的永磁直线电机，所述定子端部齿(14)采用内阶梯形结构，阶梯开口方向为定子端部朝向定子中部。

3.根据权利要求1所述的基于定子弧形与内阶梯型混合结构的永磁直线电机，所述Halbach不规则永磁阵列为两种，且两种Halbach不规则永磁阵列沿永磁动子铁心(32)内侧交替设置，第一种Halbach不规则永磁阵列的永磁体充磁方向从左向右依次为：水平向右，向右上角45°方向，垂直向上，向左上角45°，水平向左；另一种Halbach不规则永磁阵列的永磁体充磁方向从左向右依次为：水平向右，向右下角45°方向，垂直向下，向左下角45°，水平向左。

4.根据权利要求3所述的基于定子弧形与内阶梯型混合结构的永磁直线电机，所述步骤1)中弧形高度h的初始数值按照如下方式进行确定：首先根据永磁直线电机弧形齿宽W_t，采用磁通管方法建立弧形齿的解析模型，确定主磁通范围-X_m到X_m；然后根据永磁体宽度W_m确定漏磁通半径R的范围，最后根据上述参数，采用等效磁路方法确定弧形高度h的初始数值；

所述步骤2)的具体内容为：首先根据技术要求确定优化目标，根据优化目标的数量，确定正交矩阵的维度，然后根据弧形高度h初始值以及定子端部齿(14)水平宽度和垂直高度的初始值列写正交矩阵，最后将正交矩阵输入到有限元分析软件中进行优化设计，得到电机定子齿(13)的弧形高度，定子端部齿(14)的水平宽度和垂直高度的最优尺寸。

5.根据权利要求4所述的基于定子弧形与内阶梯型混合结构的永磁直线电机，所述有限元分析软件采用Ansoft软件或Ansys软件。

6.根据权利要求1、2或3所述的基于定子弧形与内阶梯型混合结构的永磁直线电机，其特征在于，所述定子铁心(11)由硅钢片叠加而成，或由实心钢制成，或采用软磁复合材料压制而成，或由环形硅钢片沿轴向叠压而成，所述永磁动子铁心(32)由硅钢片叠加而成，或由实心钢制成。