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　　1 概況
 

　　直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能的電力傳動裝置， 這種電動機通入交流電或直流電后， 通過電與磁的相互作用就能產生直線運動推力。直線電機有著相當明顯的優(yōu)點：(1)結構簡單；(2)特別適宜告訴運行；(3)散熱條件比較好；(4)適應性比較強；(5)速度和推力比較容易控制；(6)具有某些*用途。但是，直線電機也有著明顯的缺點，比如：(1)直線感應電動機因為氣隙比較大，在加上由于鐵芯開斷引起的端部效應將在電機內部產生一些額外的損耗；(2)當滑差率為常數(shù)時，直線感應電動機的速度將正比于極距和電源頻率的乘積，而電機的極距因受結構和工藝的限制，不能太大，也不能過小，所以在直線感應電動機的速度就被限制在某一范圍內；(3)直線感應電動機的氣隙磁通密度比普通旋轉感應電動機要低一些，于是它每單位重量所產生的推力和功率指標較低。
 

　　2 直線電機參數(shù)計算
 

　　2.1直線電機氣隙磁場等效
 

　　按直線感應電機理論，受電機邊端效應的影響，當電機運行時，在每臺電機的入端產生“入端效應波”而在出端產生“出端效應波”。入端效應波使電機的入端磁場被削弱而出端效應波使電機出端磁場被增強。顯然各臺電機的氣隙磁場的幅值沿電機長度的分布是變化的，各臺電機的氣隙磁場不能連續(xù)。此外，為削弱磁勢的空間諧波的影響，電機均采用雙層短距繞組結構，電機端部繞均為半槽組結構，這更使得電機的入端氣隙磁場削弱更為顯著。在圖1中，將各直線電機間的距離縮短，它們只受車輛轉彎的約束。當電機運行時，由于電機間的距離短，電機的出端氣隙磁場可以進入下一臺電機的入端，從而使第二臺電機的入端磁場增強。于是各臺電機的磁場就能夠實現(xiàn)連續(xù)并保持磁場的幅值為常數(shù)。在傳統(tǒng)車輛中各電機的端部效應也就降低到原來的1/N，N是電機的串聯(lián)臺數(shù)。電機的效率因端部效應的削弱而增高。
 

　　若電機的氣隙磁場按圖1那樣分布，這表明它與一臺等效的長初級電機等效。若采用合適的繞組布置方式，這臺等效“長”電機的功率可以提高，所以，可以部分解決傳統(tǒng)直線電機效率低的問題。在電機設計時，若將各短電機“合并”成一個等效長電機，再優(yōu)化電機的參數(shù)，可以減輕諸如大氣隙對電機效率的影響，進一步提高直線感應電機效率。
 

　　2.2 直線電機極距優(yōu)化設計
 

　　仿真用直線電機基本參數(shù)如表1。
 

　　通過MATLAB對直線電機極距大小進行優(yōu)化選擇，通過描畫效率及品質因數(shù)隨極距變化的曲線來尋找的極距值。
 

　　從相對機械效率和品質系數(shù)的比較結果看，當極距為255～260mm和 270～275mm 時，效能系數(shù)的結果比較合理。結合其鐵芯長度的有效利用，zui終確定合理的極距為：257mm和273mm。
 

　　3 直線電機氣隙磁場仿真
 

　　兩臺電機間的氣隙磁場連續(xù)性問題與電機的牽引力計算采用有限元工具軟件MaxwellV12 2D。采用2D電機分析模型。分析所采用的直線電機的主要參數(shù)如表2所示。分析方法采用瞬態(tài)分析法，過渡過程結束后的值(穩(wěn)態(tài)值)即為所求。氣隙磁場值分別取距反應板5mm 處的值，由它們來確定磁場的分布狀態(tài)。
 

　　在對直線電機進行有限元分析時，主要的技術方法如下：
 

　　(1)電機分析模型中電機定子鐵心用的硅鋼材料(steel--1008)與電機繞組與反應板所用的鋁材料(aluminum)均由軟件模型庫提供。次級鐵軛采用實心鐵(iron)。
 

　　(2)網格，限制zui大值，各部件不同。
 

　　(3)邊界條件采用Balloon“氣球邊界”。
 

　　(4)激勵源采用三相電流源。
 

　　由仿真結果可知，盡管電機被切斷，但是在一定距離內，磁場仍然連續(xù)，牽引力下降也在可接受范圍內。但是隨著氣隙被逐漸加大，電機的氣隙磁場連續(xù)性變差，當間隙為80mm時，氣隙磁場畸變明顯，牽引力大幅下降。
 

　　根據仿真出的牽引力變化曲線，取其穩(wěn)定后的平均值，如表3。
 

　　通過表2中的Ansoft 電機仿真設計的電機參數(shù)，理論計算出的電機效率為62.06%，理論值與仿真值相差不到4%，可以認為仿真結果是正確的。
 

　　4 結論
 

　　本文根據綜合實際需求和該領域的研究成果，分析得出電機短、氣隙大、額定速度低和邊端效應的影響是造成電機效率較低的主要原因。提出將多臺小電機按照一定方式和規(guī)律串聯(lián)，其效果可以代替同樣長度的大電機的設計方案。利用Ansoft建模分析氣隙磁場的變化與牽引力與功率因數(shù)以及效率的變化，得出仿真值與理論值相差不到4%，驗證了此優(yōu)化方案的可行性。