无铁心圆筒永磁直线电机的电磁设计及优化

微特电机 ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (1): 28-33.

无铁心圆筒永磁直线电机的电磁设计及优化

强　强,陈志辉

南京航空航天大学自动化学院,南京 211100

出版日期:2026-01-28 发布日期:2026-01-28
作者简介:强强( 1999—) ,男,硕士研究生,研究方向为永磁直线电机电磁设计。陈志辉( 1972—) ,男,博士,教授,研究方向为航空电源系统、电机及其控制技术。

Electromagnetic Design and Optimization of Ironless Tubular Permanent Magnet Linear Motors

QIANG Qiang,CHEN Zhihui#br#

College of Automation Engineering,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 211100,China

Online:2026-01-28 Published:2026-01-28

摘要/Abstract

摘要： 无铁心圆筒永磁直线电机( ironless tublar permanent magnet linear motor,ITPMLM) 推力脉动小、响应速度快,在高端精密制造领域应用广泛。但相比于有铁心结构,ITPMLM 的电磁设计文献较少,相关规律的总结还有待完善,急需更加深入的研究。本文结合 ITPMLM 的特点和经典永磁电机设计方法,对主要尺寸、槽极配合、绕组设计、初级、次级设计等问题作了系统性阐述,展示了参数计算的完整流程,设计结果经有限元验证能满足给定 80 N 的推
力要求。通过参数化仿真研究了不同槽极配合下,极弧系数、永磁体外径对电磁性能的影响,给出了电磁负荷及推力与损耗的变化规律。优化结果表明,在给定性能指标下,15 槽 5 极为最优槽极配合,极弧系数取 0. 3,永磁体内外径分别取 7. 04 mm 和 25. 62 mm 时,电机的电磁性能较优,平均推力达到 85 N。

关键词: 无铁心圆筒永磁直线电机, 电磁设计, 有限元

Abstract: Ironless tubular permanent magnet linear motor ( ITPMLM) is well-suited for high-precision manufacturing due to the advantages of low thrust ripple and rapid response. Nevertheless, their electromagnetic design remains less explored compared to iron-cored structures,calling for further systematic investigation. This paper presents a comprehensive design methodology for ITPMLM,integrating its unique features with classical permanent magnet motor design principles. It elaborates on the determination of main dimensions, slot-pole combination, winding design, and primary & secondary structures,outlining a complete parameter calculation procedure. A design case meeting a specified 80 N thrust requirement
is validated via finite element analysis. Furthermore,parametric studies are conducted to analyze the impact of the pole arc coefficient and permanent magnet diameters on electromagnetic performance across different slot-pole combinations, revealing the corresponding trends in electromagnetic load, thrust, and loss. The optimization identifies a 15 - slot / 5 - pole configuration as the optimum,with a pole arc coefficient of 0. 3 and permanent magnet inner / outer diameters of 7. 04 mm and 25. 62 mm,respectively. This optimized design achieves a superior electromagnetic performance with an average thrust of 85 N.

Key words: ironless tubular permanent magnet linear motor, electromagnetic design, finite element

中图分类号:

强　强, 陈志辉. 无铁心圆筒永磁直线电机的电磁设计及优化[J]. 微特电机, 2026, 54(1): 28-33.

QIANG Qiang, CHEN Zhihui. Electromagnetic Design and Optimization of Ironless Tubular Permanent Magnet Linear Motors[J]. Small & Special Electrical Machines, 2026, 54(1): 28-33.

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