高力密度磁通切换型横向磁通永磁直线电机的基础研究

This project investigates a novel high force density and high reliability of flux switching transverse flux permanent magnet linear motor (FSTFPMLM) with a combination of advantages of transverse flux motor and flux switching permanent magnet linear motor, in view of the present demand of national economy and defense, and the present situation of research and application of transverse flux linear motor. The main research contents include: 1) The investigation of novel structure and working principle of FSTFPMLM, the working principle and physical equation of FSTFPMLM will be indicated and established through the quantitative analysis of electromagnetic force, the research relationship of structure size and force density and the discussion of motor electromagnetism; 2) The investigation of electromagnetic parameter and characteristic, the establishment of various electromagnetic parameters of the high precision calculation model, the influence on and variation of electromagnetic parameters will be analyzed and revealed according to the special structure of the novel motor; 3) The electromagnetic design and multi-objective optimization design of the novel motor; 4) The development of prototype, drive control platform and testing equipment, and the experiment of prototype. The project will help to reveal the working principle of FSTFPMLM, establish the motor analysis design complete theory and technology system, and lay the foundation for the future research and application, which has important scientific significance and broad application prospects.

针对目前国民经济、国防等领域的需求以及横向磁通直线电机研究和应用的现状，本项目基于横向磁通永磁直线电机和磁通切换型永磁直线电机的优点，提出一种新型高力密度、高可靠性的磁通切换型横向磁通永磁直线电机。研究内容主要包括：1) 新型电机拓扑结构及运行机理研究，通过对新型电机电磁力产生机理定量分析、电机结构尺寸与电机力密度关系研究、电机电磁关系探讨，揭示和建立新型电机的运行机理和相应物理方程；2）电磁参数及特性研究，针对新型电机的特殊结构，建立三维电磁场计算模型，分析和揭示电磁参数之间影响及变化规律；3)新型电机的电磁设计和多目标全局优化设计；4)研制样机、构建样机驱动控制平台和测试装置，对样机进行实验研究。通过本项目的研究，有助于揭示磁通切换型横向磁通永磁直线电机的运行机理，建立该电机分析、设计等完整的理论与技术体系，为后续研究、开发和推广应用奠定基础，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

针对目前国民经济、国防等领域的需求以及横向磁通直线电机研究和应用的现状，本课题基于横向磁通永磁直线电机和磁通切换型永磁直线电机的优点，提出了一种新型高力密度、高可靠性的磁通切换型横向磁通永磁直线电机。主要研究内容包括：磁通切换型横向磁通永磁直线电机拓扑结构及运行机理的研究；磁通切换型横向磁通永磁直线电机电磁参数及特性的研究；磁通切换型横向磁通永磁直线电机设计、优化；样机研制及测试研究。. 项目采用理论分析、数值计算、特性仿真和实验研究等方法，对磁通切换型横向磁通永磁直线电机进行研究，取得一些重要结论和成果：1) 在原始拓扑结构基础上，提出了两种改进初级拓扑结构，通过有限元分析了电机内的电磁关系，为后续样机研制奠定了基础；2) 建立了磁通切换型横向磁通永磁直线电机三维等效磁网络模型、三维有限元模型，计算并分析了电机电磁参数及静态特性；3).获得降低定位力和推力波动的初级/次级优化方法和准则，掌握了一定体积和速度下最大推力密度的设计规律；4) 以提高磁能变化率，提高力密度，减小推力波动为目标进行粒子群多目标全局优化，从而为样机研制提供了尺寸依据；5) 研制了额定推力200N的磁通切换型横向磁通永磁直线电机样机一台，完成了空载测试和负载测试平台的搭建。. 磁通切换型横向磁通永磁直线电机在高力密度、高可靠性领域具有极大的潜在应用价值，但是加工工艺、材料性能方面制约了该电机的发展和应用。