永磁同步直线电机

　　永磁同步直线电机推力

　直线电机的推力波动较大，限制其在超精密领域的应用。推力中的谐波是无铁心永磁同步直线电机推力波动的主要原因之一，消除推力中的部分谐波可以有效降低推力波动。该文建立了无铁心永磁体同步直线电机推力谐波的解析模型，揭示了结构参数与推力波动间的关系，并提出了低推力波动直线电机的设计准则。将设计准则应用于一类直线电机的优化设计中，提出了消除推力中特定阶性谐波的结构参数设计方法。设计结果与有限元仿真结果和实验结果进行比对，验证了解析模型的准确性和设计方法的有效性。

      采用多个直线电机驱动动台的六自由度运动[3]，其长行程运动中的高加速度和高精度推力均由直线电机提供。这种结构避免了粗动台与微动台的叠层结构，仅包含一个台体及其附件，能够大幅降低动台质量，一般小于 20kg。但直线电机的推力波动大的特性会影响粗微动一体掩模台的精度。相比于有铁心

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　　直线电机，无铁心直线电机没有齿槽力，推力波动较小，更适合作为粗微动一体掩模台的驱动电机。

　　无铁心永磁同步直线电机结构模型如。线圈阵列固定不动，永磁体阵列运动。全局坐标系 YOZ 固定在线圈阵列上，相对坐标系 Y¢O¢Z¢固定在永磁体阵列上，两个坐标系间的平移矢量为

　　
        推力中的谐波成分越多，谐波造成的推力波动越大；推力中的谐波幅值为零的阶次越多，谐波造成的推力波动越小。由式(1)可以得到一个重要的结论，推力中第 n 阶谐波的幅值仅由电流密度和磁化强度的第 n 阶傅里叶系数 Jxn、(Myn+jMzn)确定，与其他阶次的傅里叶系数无关。进一步观察式（1），电流密度与磁化强度的第 n 阶傅里叶系数为乘积关系，通过结构设计使得两者中的任一为零时，推力中第 n 阶谐波的幅值即为零。因此，为了最大程度降低谐波对于推力波动的影响，提出两条低推力波动直线电机设计准则：

　　准则 1：电流密度与磁化强度傅里叶系数为零的阶次尽可能多。

　　准则 2：电流密度与磁化强度傅里叶系数不为零的阶次尽可能不同。

　　设计准则同样适用于无铁心永磁同步平面电机。本文中的研究以单面永磁体的直线电机为例，使用叠加原理可以将研究结果扩展应用于双面永磁体的直线电机。