微特电机 ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (4): 1-8.

• 理论研究 •    下一篇

非等厚 Halbach 型无铁心直线电机推力品质优化设计方法研究

刘丁赫1,刘光伟1,金  石1,张凤阁1,熊麒麟2   

  1. 1. 沈阳工业大学 电气工程学院,沈阳 110870;2. 重庆德马高速装备工程研究院有限公司,重庆 402260
  • 出版日期:2026-04-28 发布日期:2026-04-28
  • 作者简介:刘丁赫( 2001—) ,男,硕士,研究方向为直线电机分析与控制。 刘光伟( 1983—) ,通信作者,男,博士,教授, 博士生导师, 研究方向为特种电机及其控制。 金石( 1981—) ,女,博士,教授,博士生导师,研究方向为特种电机及其控制。 张凤阁( 1963—) ,男,博士,教授,博士生导师,研究方向为特种电机及其控制。 熊麒麟( 1988—) ,男,硕士,研究方向为永磁电机设计与优化。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金区域联合重点项目( 51920105011) ;国家自然科学基金面上项目( 52377064)

Optimal Design Method for Thrust Quality of Variable Thickness Halbach-Type  Coreless Linear Motor

LIU Dinghe1, LIU Guangwei1, JIN Shi1, ZHANG Fengge1, XIONG Qilin2   

  1. 1. School of Electrical Engineering,Shenyang University of Technology,Shenyang 110870,China;
    2. Chongqing Dema High-Speed Equipment Engineering Research Institute Co.,Ltd.,Chongqing 402260,China
  • Online:2026-04-28 Published:2026-04-28

摘要: 面向精密机床针对驱动电机推力品质要求极高的应用场合,现有 Halbach 型无铁心直线电机存在平均推力提升与推力波动抑制难以兼顾的问题。 为解决该问题,本文提出一种采用变厚度永磁体 Halbach 阵列结构无铁心直线电机,以兼顾推力大小和波动品质提升。 针对所提出的电机模型,采用拉丁超立方抽样方法构建 Kriging 代理模型,以提高平均推力和减小推力波动为目标,结合遗传算法对新结构电机进行综合性能优化。 本文开展了电机电磁模型建模、推力性能仿真计算及 NSGA-II 遗传算法的优化工作。 仿真结果表明,电机平均推力提升了 3. 7%,推力波动降低了 42%,反电动势波形更加接近理想正弦。 验证了所提出非等厚 Halbach 型无铁心直线电机及其优化方法在降低推力波动、提升平均推力方面的有效性和可行性。

关键词: 永磁同步直线电机, Halbach 阵列, Kriging 模型, 多目标优化, 推力波动优化

Abstract: For applications like precision machine tools requiring high thrust quality of drive motors,existing Halbachtype coreless linear motors struggle to balance increasing average thrust and suppressing thrust ripple. To address the issue,this paper proposes a coreless linear motor with a Halbach array of variable-thickness permanent magnets,aiming to balance thrust magnitude and improve ripple quality. For the proposed motor model,a Kriging surrogate model is built using Latin hypercube sampling. With the goals of increasing average thrust and reducing thrust ripple, comprehensive performance optimization of the new-structure motor is conducted via genetic algorithm. This paper carries out modeling of the motor ' s magnetoelectric model, thrust performance simulation, and optimization with the NSGA-II genetic algorithm. Simulation results show that the motor's average thrust increases by 3. 7%,thrust ripple decreases by 42%,and the back electromotive force waveform is closer to an ideal sine wave. This verifies the effectiveness and feasibility of the proposed non-equalthickness Halbach-type coreless linear motor and its optimization method in reducing thrust ripple and boosting average thrust.

Key words: linear permanent magnet synchronous motor, Halbach array, Kriging model, multi-target optimal design, thrust ripple optimization design

中图分类号: