哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要横向磁通电机作为一种新型电机，实现了电机电负荷磁负荷的解耦，可以大幅度提高电机的推力密度，这种低速大推力的电机显示了广阔的应用前景，因此对这类电机的研究是很有价值的。
本文在已有横向磁通电机的基础上提出了一种新型双向交链横向磁通圆筒型直线永磁同步电机，很好的解决了传统横向磁通电机两个相邻初级铁心间隔一个极距的缺陷，大大提高的电机的推力密度。
本文在对这种电机的理论研究下，得到了BCTF电机的设计方法，并制作了样机进行验证。
本文首先对BCTF电机的磁路模型进行了分析，得到了电机空载反电势、电磁推力、每相电阻、每相电感的表达式，构建了完整的数学模型。
在分析磁路模型之后，对电机的参数尺寸进行了分析，得到了电机的主尺寸对推力密度的关系，在保证推力密度最大的前提下设计电机的初级、次级尺寸，得到了完整的BCTF电机的设计流程。
对所得尺寸电机进行有限元分析，验证设计方法。
采用ANSOFT12软件，对电机的齿宽、极距、初级单元厚度等进行了仿真分析，在保证推力密度的前提下尽量减小电机定位力与漏磁，得到电机的优化尺寸制作一台380W三相圆筒型样机，对所得样机进行实验分析，测得反电势、推力、电阻值，通过实验与仿真结果，验证BCTF电机设计方法的准确性。
关键词：双向交链；横向磁通；圆筒型电机；磁场解析：有限元分析- I -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThe transverse flux configuration motor as a new motor carry out the decoupling of the electrical load and the magnet load.which can greatly improve the motor’s thrust density.the l ow-speed high-thrust motors show a broad application prospects.the motor is valuable.In this paper, a new Bidirectional Crosslinking transverse flux cylindrical linear permanent magnet synchronous motor (BCTFCLPMSM) has been proposed based on transverse flux motor, to solve the the defect of traditional transverse flux motor interval of two adjacent primary core.thereby the of the motor's thrust density has been greatly increased. In this paper, the theoretical study of this motor and get the way of BCTF motor design and produced a prototype for validation.This article firstly analyzed BCTF motor circuit, and get the motor no-load EMF, electromagnetic force, per phase resistance, inductance per phase expression, building a complete model.After analyzing the magnetic circuit model, the parameters of the motor size was analyzed, and get the relationship between thrust densityand the main dimensions of the motor, under the premise of the thrust density ensuring the highest, get a complete BCTF The motor design process.Then use finite element analysis to verify design methods. By ANSOFT12 software, the motor tooth width, pole distance, the thickness of the primary unit of a simulation analysis, the premise of ensuring the thrust density to minimize orientation force and leakage flux motor positioning to get optimal size of the motor.Made a 380W motor,After the analysis of the obtained experimental prototype, the EMF, thrust, resistance, through experimental and simulation results to verify the accuracy of BCTF motor design.Keywords: Bidirectional Crosslinking; transverse flux;cylinder motor; field analysis;finite element analysis- II -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题的背景及意义 (1)1.1.1 课题的来源与意义 (1)1.1.2 横向磁通电机的概述 (2)1.1.3 横向磁通圆筒型直线电机的概述 (2)1.2 横向磁通电机的国内外研究现状 (4)1.2.1 横向磁通电机结构研究现状 (4)1.2.2 国内外横向磁通直线电机的研究现状 (13)1.2.3 国内外横向磁通电机的三维电磁场分析方法 (16)1.2.4 横向磁通电机设计方法总结 (17)1.3 论文的主要研究内容 (18)第2章BCTF圆筒型直线电机的工作原理和数学模型 (19)2.1 BCTF圆筒型直线电机的基本结构 (19)2.1.1 初级结构 (20)2.1.2 次级结构 (22)2.1.3 BCTF圆筒型直线电机的绕组 (22)2.2 BCTF圆筒形直线电机的运行原理 (23)2.3 BCTF圆筒型直线电机的磁场分析 (25)2.4 BCTF圆筒型直线电机数学模型的建立 (27)2.4.1 BCTF圆筒型直线电机的空载反电势 (28)2.4.2 BCTF圆筒型直线电机的电阻参数 (30)2.4.3 BCTF圆筒型直线电机的电感参数 (32)2.4.4 BCTF圆筒型直线电机的推力方程 (36)2.5 小结 (37)第3章BCTF圆筒型直线电机设计方法的研究 (39)- III -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3.1 引言 (39)3.2 BCTF圆筒型直线电机电磁设计 (39)3.2.1 BCTF圆筒型直线电机的主要尺寸 (41)3.2.2 BCTF圆筒型直线电机的初级尺寸设计 (45)3.2.3 BCTF圆筒型直线电机的次级尺寸设计 (49)3.3 小结 (51)第4章BCTF圆筒型直线电机的优化仿真 (52)4.1 引言 (52)4.2 仿真模型的建立 (52)4.3 BCTF圆筒型直线电机尺寸优化 (55)4.3.1 电磁力的优化分析 (55)4.3.2 定位力的优化分析 (58)4.3.3 功率因数与电机漏磁的优化分析 (59)4.4 小结 (63)第5章电机的特性分析 (64)5.1 引言 (64)5.2 实验平台的构建 (65)5.3 BCTF圆筒型直线电机的特性研究 (66)5.4 样机存在的问题以及改进 (69)5.5 小结 (71)结论 (72)参考文献 (73)攻读学位期间发表的学术论文 (76)哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明 (77)致谢 (78)- IV -哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题的背景及意义1.1.1课题的来源与意义近年来，大功率的电气传动技术得到了飞速的发展，但安装空间的不足制约了其进一步的发展，为此对于低速、大推力密度电机的研究越来越广泛，由于传统电机齿槽设计之间的矛盾，很难达得到较高的推力密度，由此，横向磁通永磁直线电机（Transverse Flux Linear Permanent-magnet Synchronous motor,简称TFLPMSM）应运而生。
永磁同步电机齿槽转矩分析与控制总结齿槽转矩是永磁电机固有的特性，它会使电机产生转矩脉动，引起速度波动、振动和噪声，当转矩脉动的频率与电机定、转子或端盖的固有频率相等时，电机产生共振，振动和噪声会明显增大。
齿槽转矩也会影响电机的低速性能和控制精度。
1.齿槽转矩定义：转子在旋转过程中,定子槽口引起磁路磁阻变化, 转子磁通与定子开槽引起的气隙磁导（磁阻的倒数）交互作用在圆周方向产生的转矩为齿槽转矩。
齿槽转矩也称定位转矩，它的产生来自永磁体与电枢齿间的切向力，使转子有一种沿着某一特定方向与定子对齐的趋势.2.齿槽转矩影响因素：齿槽形状、磁极极弧系数、永磁体形状、极槽配合、气隙、磁场强度等.3.齿槽转矩每机械周期齿槽转矩周期数：N co=LCM（Z，2p），Z为槽数，2p为极数,LCM表示最小公倍数.4.齿槽转矩一个周期机械角度为：θsk=360°／N co5.齿槽转矩基波频率为： f c=N co n s=N co fpn s=fp(r/s)为同步转速，p为极对数，f为电源频率.6.齿槽转矩的通用表达式：T co=∑T n∞n=1sin(nN coθ+ϕn)n=1时对应的齿槽转矩的基波幅值为T1, θ为转子机械角位置.7.齿槽转矩的计算：齿槽转矩可以通过计算响应区域的磁能积得到，T ec=dW cdθ，式中，磁共能：W c=∫Bθ22μ0d(υr)(J)对气间隙区域应用麦克斯韦张力张量法计算齿槽转矩，有：T ec=LL gμ0∫rB nS gB t ds，L为有效转子长度；L g为气隙长度；μ0为自由空间磁导率；r为虚拟半径；B n和B t为气间隙磁通的径向和切向分量；S g为气隙表面积.8.降低齿槽转矩措施：1)无槽绕组：采用无槽绕组可以完全消除齿槽转矩，但气隙磁通密度会降低，需要增加永磁体的材料（高度）.2)定子斜槽：通常定子斜槽等于一个槽距，可将齿槽转矩降为零，但定子斜槽减小电动势，电机性能会下降，转子偏心情况，斜槽有效性降低。
