张春雷 张 辉 叶佩青 张鲁宏

两相无槽圆筒型永磁同步直线电机电感计算与分析

张春雷1,2张 辉1,2叶佩青1,2张鲁宏1,2

（1. 清华大学机械工程系 北京 100084 2. 清华大学精密超精密制造设备与控制北京市重点实验室 北京 100084）

在电机行程范围内，两相无槽圆筒型永磁同步直线电机的电感会受到电机绕组断开与耦合长度变化的影响，使其变化复杂，无传感控制算法难以实现。因此，需要对该电机电感进行精确的建模。该文基于轴向磁动势函数与轴向比磁导函数分别推导得到该电机在全耦合状态下和全行程范围内电感解析模型。在此基础上，利用有限元数值计算法对电感模型进行参数计算与验证分析，并总结电机全耦合状态下电感的特征，给出耦合长度变化对于电感直流分量与2次谐波幅值的影响规律。最后，对比了样机电感的实验测量值与模型计算值。结果表明，两者之间误差仅为0.04mH，证明了电感模型的正确性。

永磁同步直线电机 电感 磁动势 比磁导 有限元法

0 引言

直线电机由于省去了中间传动机构直接提供直线运动，没有回程间隙，响应速度快，被大量应用于数控机床等工业自动化领域。圆筒型永磁同步直线电机（Tubular Permanent Magnet Synchronous Linear Motor, TPMSLM）因具有结构简单、推力密度高，且不存在横向端部效应的特点，具有广泛的应用前景[1-2]。

对于永磁同步电机的矢量控制，需要精确的位置反馈信号。直线电机常用的位置传感器包括线性光栅尺、电位计、线性霍尔传感器等[3]。但是安装这些机械传感器在提升电机制造成本的同时，也降低了电机控制系统的可靠性与鲁棒性。……