刘晓 刘磊 王雨桐 胡纯福 黄守道

摘   要：为提高直线磁场调制电机功率因数，通过推导直线磁场调制电机气隙磁通密度、功率因数的解析公式，研究各个结构参数对电机功率因数的影响. 确定了永磁体分布、齿靴宽度、调磁块形状和尺寸等参数为主要优化变量. 在利用Ansys Maxwell软件对直线磁场调制电机进行参数化有限元仿真的基础上，建立了关于电机平均推力和功率因数的多项式响应面模型. 采用Box-Behnken方法对电机进行优化设计，优化后的直线磁场调制电机功率因数从0.497上升到0.720，提高了约44.9%.

关键词：多目标优化;功率因数;平均推力;直线磁场调制电机

中图分类号：TM359.4                      文献标志码：A

Power Factor Optimization Design of Magnetic-geared Flat Linear Machine

LIU Xiao1，LIU Lei2，WANG Yutong1，3†，HU Chunfu1，HUANG Shoudao1

（1. College of Electrical and Information Engineering，Hunan University，Changsha 410082，China;

2. State Grid Tonglu Electric Power Company，Tonglu 311500，China;

3. State Grid Shaoxing Electric Power Company，Shaoxing 312000，China）

Abstract：In order to improve the power factor of Magnetic-Geared Flat Linear Machine （MGFLM）， this paper derives the analytical formulas of its air gap flux density and power factor， and investigates the influence of the variables on the basic physical quantities of the motor. The main variables affecting the power factor are determined as the permanent magnet distribution， the width of the tooth shoe and the shape and dimensions of the magnetizer block. Secondly， based on the parameterized finite element simulation of the MGFLM in Ansys Maxwell， a polynomial response surface model for the average thrust and power factor of the motor is established. Finally， Box-Behnken method was applied to optimize the motor. The power factor of the optimized MGFLM is increased by 44.9% from 0.497 to 0.720.

Key words：multi-objective optimization;electric power factor;average thrust;Magnetic-Geared Flat Linear Machine（MGFLM）

永磁直線电机由于结构简单、定位精度高、响应速度快、功率密度大等特点而被广泛应用. 在高速物流、无绳电梯等需要对直线电机长行程铺设的应用中，作为低成本的直驱方式，文献[1]提出了一种新的平板直线磁场调制电机拓扑结构. 文献[2]中分析，在3 000 mm行程下，直线磁场调制电机的永磁体损耗比永磁直线电机减少了90%，同时，直线磁场调制电机的材料成本仅为动圈式永磁直线电机的24%和动磁式永磁直线电机的12.5%. 通过参数分析，直线磁场调制电机平均推力可提高44.5%，推力波动率从 16.1%降低到8.3%[3]. 但直线磁场调制电机气隙磁通密度较低，致使其功率因数较低[4]. 因此，低功率因数仍然是一个亟待解决的问题.

目前，提高电机功率因数的方法主要有两种. 一是改变永磁体结构和分布……