● 摘要
直线电机可以被看成旋转电机的一种特殊形态，即将旋转电机的转子和定子从中间切开，再展开之后形成的，能产生力和线性运动的一种特殊电气设备。而永磁直线电机由于具有结构简单、响应速度快、便于控制等优点，在机器人、自动化加工与装配、现代运输、医疗器械以及微纳米操作等众多领域得到广泛的应用。近年来，多电机驱动系统也得到了快速的发展。多电机驱动系统不仅需要保证一定的驱动能力，在某些特定的场合，如在航空航天系统中，还对系统的体积有严格要求。为了解决这一问题，本文提出了一种基于分离式双动子结构的新型永磁直线电机设计概念，目的在于保证系统输出性能的前提下，有效地提高多电机驱动系统的结构紧凑性，缩小总体体积。
本课题的工作内容主要包含以下几个方面：
1）基于分离式双动子的永磁直线电机的概念设计：以项目背景为前提，进行直线电机的选型，确定使用永磁直线电机的设计方案；通过对比分析磁极阵列方式和磁场分布特点，确定永磁体的排布方式；然后提出对电机的整体结构的概念设计，并分析双动子的运行原理。
2）磁场、输出力和电感的建模：使用改进的等效磁路法建立电机复杂磁场分布的解析模型，永磁铁等效为磁动势源和磁通源，外磁路等效为相应的电路组成，并考虑部分饱和和边端效应的影响；基于磁场解析模型以及磁共能方法，推导电机的双动子输出力和电感的模型。
3）磁场分布、输出力和电感的数值分析：对电机的主磁路部分进行有限元建模，重点分析电机的稳态磁场分布，包括电机空载、电枢和负载三种情况；对双层动子的输出力和动子绕组的自感和互感进行有限元仿真计算，并与解析结果进行对比，验证磁场、输出力以及电感的解析模型有效性。
4）电机的结构优化：基于已验证的磁场和输出力的解析模型，对电机进行结构优化，主要包括动子结构、定子结构和电机的气隙宽度的优化；配合使用数值分析法获得电机的优化结构参数，以提高电机输出性能。
5）样机开发和实验测试：设计新型双动子扁平型永磁直线电机的结构，并对关键受力部件进行刚度校核；加工样机，并设计和开发磁场分布和双动子输出力的实验测试平台；基于样机和实验平台，对电机的两层气隙进行二维的磁场分布测量和对双动子的输出力进行静态的数据测量，并得到了绕组的自感数据。实验数据验证了解析模型的准确性和双动子的设计概念。
总之，本文的研究提出并验证了基于分离式双动子的永磁直线电机的概念，直线电机中独立双动子的实现对有效解决多电机驱动系统的体积问题提供了解决方法，同时本文对于永磁直线电机的设计和研究具有一定的学术意义。