用于電磁彈射的容錯(cuò)型初級(jí)永磁直線電機(jī)特性

黃 磊 余海濤 胡敏強(qiáng) 趙 晶 周士貴

（1. 東南大學(xué)伺服控制技術(shù)教育部工程研究中心 南京 210096 2. 江蘇省電力設(shè)計(jì)院 南京 211102）

1 引言

電磁彈射技術(shù)是直線電磁推進(jìn)技術(shù)的一種主要應(yīng)用。電磁彈射主要是采用直線電機(jī)提供助推力，在一定距離之內(nèi)將被彈射對(duì)象加速到一定的速度點(diǎn)以上。相對(duì)于常用的蒸汽彈射而言，電磁彈射技術(shù)具有很好的可控制性和穩(wěn)定性。近年來，電磁彈射在飛機(jī)助推和航天器助推系統(tǒng)中得到了很大的發(fā)展和廣泛的關(guān)注[1]。目前，美國研制的電磁彈射器已經(jīng)進(jìn)行到最后試驗(yàn)階段。

直線電機(jī)是電磁彈射系統(tǒng)中推進(jìn)力的提供者，具有極其重要的地位。目前，應(yīng)用于電磁彈射系統(tǒng)的直線電動(dòng)機(jī)主要為直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和直線永磁電動(dòng)機(jī)。直線感應(yīng)電機(jī)具有次級(jí)結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，尤其是雙邊長初級(jí)直線感應(yīng)電機(jī)一直是電磁彈射系統(tǒng)中的主要研究對(duì)象[2,3]。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)其電磁特性、優(yōu)化設(shè)計(jì)、電機(jī)等效模型和控制策略進(jìn)行了詳細(xì)研究，但是，直線感應(yīng)電機(jī)的推力密度、效率和功率因數(shù)都較低。永磁直線電動(dòng)機(jī)具有較高的推力密度和高效率等優(yōu)點(diǎn)，吸引了國內(nèi)外學(xué)者的注意力[4]。目前，主要研究的永磁電機(jī)從類型上分為直線同步電機(jī)和直線磁阻型電機(jī)。應(yīng)用于電磁彈射的永磁直線電機(jī)多為次級(jí)永磁直線電機(jī)，即永磁體位于電機(jī)次級(jí)上。這種結(jié)構(gòu)使得次級(jí)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，永磁體需要一定的固定裝置，制造成本較高。初級(jí)永磁型直線電機(jī)為這個(gè)矛盾的解決提供了一種手段。初級(jí)永磁型直線電機(jī)具有永磁電機(jī)的功率密度高和感應(yīng)電機(jī)次級(jí)結(jié)構(gòu)簡單的雙重優(yōu)點(diǎn)，磁通切換型永磁直線電機(jī)就是初級(jí)永磁直線電機(jī)的一種。

穩(wěn)定性和容錯(cuò)運(yùn)行一直是各種應(yīng)用領(lǐng)域電機(jī)的主要研究方向，尤其是在電磁彈射系統(tǒng)中容錯(cuò)性能更為重要。對(duì)于電磁彈射用直線電機(jī)的容錯(cuò)運(yùn)行目前研究較少，文獻(xiàn)[5]采用雙邊多定子結(jié)構(gòu)提高電機(jī)的容錯(cuò)性能，并對(duì)容錯(cuò)運(yùn)行過程進(jìn)行了分析。目前，對(duì)旋轉(zhuǎn)型的定子永磁電機(jī)有部分相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)和分析[6]。

磁通切換型永磁直線電機(jī)同樣是一種具有容錯(cuò)能力的永磁直線電機(jī)。磁通切換永磁（Flux Switching Permanent Magnet，F(xiàn)SPM）電機(jī)的概念最早于1955年被提出。1997年，法國學(xué)者E. Hoang發(fā)表了關(guān)于FSPM的學(xué)術(shù)論文，并引起了廣泛的關(guān)注。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)旋轉(zhuǎn)型FSPM電機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、靜態(tài)特性分析、橫向端部效應(yīng)以及渦流損耗計(jì)算等進(jìn)行了深入的研究[7]。Y.Chen、D.Howe等人提出一種單相開關(guān)磁通永磁同步電機(jī)[8]，英國謝菲爾德大學(xué) Z.Q.Zhu等人對(duì)FSPM的結(jié)構(gòu)原理、機(jī)械特性等進(jìn)行研究[9]。東南大學(xué)的程明對(duì)兩相 8/6極 FSPM和三相 12/10極FSPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)行原理以及控制方式進(jìn)行了研究[10,11]。目前，部分學(xué)者對(duì)于直線型的磁通切換永磁電機(jī)進(jìn)行了探索性的研究，文獻(xiàn)[12]在FSPM旋轉(zhuǎn)電機(jī)基礎(chǔ)之上，給出了一種比較傳統(tǒng)的直線磁通切換型電機(jī)；文獻(xiàn)[13]對(duì)傳統(tǒng)的直線電機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，并進(jìn)行了性能分析；文獻(xiàn)[14]采用增加輔助齒的方法減少齒槽定位力；文獻(xiàn)[15]對(duì)幾種圓筒型直線磁通切換電機(jī)進(jìn)行了對(duì)比分析。然而，目前有關(guān)磁通切換直線電機(jī)的文獻(xiàn)多集中于電機(jī)的靜態(tài)特性研究，對(duì)其運(yùn)動(dòng)瞬態(tài)特性和在電磁彈射領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用未見文獻(xiàn)；另外，對(duì)邊端效應(yīng)對(duì)電感參數(shù)和磁阻推力分量的影響未加研究，多按照同類旋轉(zhuǎn)電機(jī)考慮。

本文采用二維有限元分析方法對(duì)一種具有容錯(cuò)特性的新型磁通切換初級(jí)永磁直線電機(jī)的電磁特性進(jìn)行了分析。在電磁特性分析基礎(chǔ)之上，推導(dǎo)研究電機(jī)的推力特性，并且考慮了邊端特性對(duì)電感以及磁阻推力分量的影響。另外，采用二維瞬態(tài)有限元對(duì)電磁彈射過程進(jìn)行了分析，并對(duì)電機(jī)的容錯(cuò)特性進(jìn)行了分析和仿真。為驗(yàn)證分析結(jié)果的正確性，通過一臺(tái)縮小比例尺寸的同類型實(shí)驗(yàn)樣機(jī)對(duì)這種直線電機(jī)的電磁特性進(jìn)行了驗(yàn)證分析，為該類型電機(jī)在電磁彈射領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了一定的理論參考。

2 電磁彈射用初級(jí)永磁直線電機(jī)基本工作原理和靜態(tài)特性

應(yīng)用于電磁彈射的三相雙邊初級(jí)永磁型直線電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該電機(jī)主要包括初級(jí)（動(dòng)子）和次級(jí)（定子）兩部分。次級(jí)固定于基座之上，初級(jí)和被彈射對(duì)象相連接。次級(jí)為齒槽結(jié)構(gòu)的導(dǎo)磁體，為消除運(yùn)動(dòng)時(shí)次級(jí)產(chǎn)生的渦流損耗，次級(jí)可采用硅鋼片疊壓而成。初級(jí)部分包括永磁體、繞組和鐵心。初級(jí)采用模塊化結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需求改變鐵心個(gè)數(shù)。相鄰鐵心間為永磁體，臨近永磁體的充磁方向相反。除邊端鐵心外，采用雙“E”形結(jié)構(gòu)鐵心，增加了相與相間的耦合，從而在一定程度上減少了定位力。每相共包括四個(gè)繞組和兩塊永磁體，次級(jí)齒距為該電機(jī)的同步等效極距，為保證三相供電，初級(jí)繞組相間距離為次級(jí)齒距的（N±1/3）倍，其中N為整數(shù)。具體尺寸見表1。

圖1 雙邊初級(jí)永磁型直線電機(jī)結(jié)構(gòu)圖和截面圖Fig.1 Structure and cross-section of double-sides PPMLM

表1 初級(jí)永磁直線電機(jī)參數(shù)Tab.1 Parameters of the proposed PPMLM（單位：cm）

在運(yùn)行時(shí)，隨著初級(jí)位置的移動(dòng)，初級(jí)與次級(jí)相應(yīng)齒間磁阻發(fā)生變化，造成不同齒間磁通變化，從而使得初級(jí)繞組內(nèi)形成正負(fù)交變磁鏈，繞組內(nèi)交變的磁場(chǎng)和繞組內(nèi)電流共同作用形成推力，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)。

本文采用二維有限元對(duì)所提出的初級(jí)永磁直線電機(jī)進(jìn)行了分析。以A相初級(jí)最左端齒與次級(jí)齒正對(duì)時(shí)為位置的零點(diǎn)，采用靜態(tài)二維有限元得到電機(jī)的磁鏈隨位置變化波形，在初級(jí)繞組開路，運(yùn)動(dòng)速度為10m/s情況下，得到了空載電動(dòng)勢(shì)波形。空載磁鏈和電動(dòng)勢(shì)波形如圖2所示。

圖2 三相繞組空載波形Fig.2 The no-load waveform in three phase coils

圖2中動(dòng)子位置角為電角度值，一個(gè)周期360°，運(yùn)行距離為一個(gè)次級(jí)極距即一個(gè)次級(jí)齒距，從圖中可以看出，磁鏈和電動(dòng)勢(shì)波形為三相正弦波變化波形，由于鐵心開斷，造成邊端繞組的鐵心永磁左右磁路不完全對(duì)稱，形成一定的漏磁，使得A相和C相磁鏈均有一定偏移量。從仿真圖中磁鏈的最大和最小值變化情況，可知這個(gè)量接近一個(gè)直流恒定值，采用傅里葉變換對(duì)磁鏈進(jìn)行諧波分析，可驗(yàn)證其為直流分量。電動(dòng)勢(shì)為磁鏈的微分，故電動(dòng)勢(shì)不存在直流偏移量，采用傅里葉變換對(duì)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行諧波分析，諧波分析結(jié)果見表2。

表2 空載反電動(dòng)勢(shì)諧波分析Tab.2 Harmonics analysis of no load back-EMF

總的諧波分量（THD）為 2.08%。諧波分量很小可忽略，可認(rèn)為空載反電動(dòng)勢(shì)完全正弦變化。因此，可采用和無刷交流電機(jī)相同的控制運(yùn)行方式。

3 電機(jī)推力特性分析

直線電機(jī)的推力是電磁彈射過程中的主要控制目標(biāo)，推力特性的研究對(duì)彈射動(dòng)態(tài)性能尤為重要。

3.1 推力特性分析

初級(jí)永磁直線電機(jī)的推力公式與旋轉(zhuǎn)型雙凸電機(jī)的轉(zhuǎn)矩公式推導(dǎo)相似。根據(jù)文獻(xiàn)[16]中的推導(dǎo)公式，磁通切換型初級(jí)永磁直線電機(jī)總的電磁推力可表示為

忽略磁鏈的諧波分量，采用正弦計(jì)算時(shí)，以A相初級(jí)最左端齒與次級(jí)的齒正對(duì)時(shí)，即A相空載磁鏈負(fù)的最大處為零位置點(diǎn)，三相永磁磁鏈可表示為

式中x——移動(dòng)的位移；

ψm——一相磁鏈交流分量幅值；

τ——次級(jí)齒距，即電機(jī)的等效極距；

ψdc1,ψdc2——A相和C相磁鏈的恒值偏移分量。

因此永磁推力分量可表示為

式中α——磁鏈和電流之間的相位差；

Im——三相電流ia、ib和ic的幅值。

可見，由于邊端效應(yīng)引起的A相和C相的磁鏈偏移經(jīng)過對(duì)位移的微分為零，故其對(duì)永磁推力分量不產(chǎn)生影響。

定位力是空載時(shí)由永磁體在初級(jí)和次級(jí)相互作用力的切線分量。定位力的大小只與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)，不隨電樞電流變化。通過二維有限元可得到所提出直線電機(jī)的定位力如圖3所示。

圖3 定位力波形Fig.3 The cogging force waveform

對(duì)定位力進(jìn)行諧波分析，可得定位力主要為基波和二次諧波。因此，定位力可表示為

式中Fcm1——定位力基波幅值；

Fcm2——定位力二次諧波幅值；

θc1，θc2——初始相位角。

磁阻推力分量主要是由電感變化引起的，通過靜態(tài)有限元方法獲得該電機(jī)的電感特性，根據(jù)得到電感特性可采用以下公式描述

式中L0，M0——自感和互感的直流分量;

L1——B相自感的偏移量;

M1——A、C相間互感的偏移量；

Lm，Mm——自感和互感基波幅值。

由于鐵心開斷和邊端效應(yīng)的作用，邊端的A相和C相自感略小于B相，且A、C相間的互感遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)互感值。

在電機(jī)采用id=0控制時(shí)，采用式（2）直接求磁阻推力相當(dāng)困難。因此，采用Park變換將三相坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到dq軸坐標(biāo)系下進(jìn)行求解，可求得磁阻推力分量為

可見該電機(jī)的磁阻推力與負(fù)載電流平方成正比的周期波動(dòng)量，且主要為基波的2次和3次分量。

3.2 彈射過程分析

在電磁彈射應(yīng)用時(shí)，為保證最大推力，采用電流滯后磁鏈 90°時(shí)控制，即電流與空載電動(dòng)勢(shì)同相位。此時(shí)，電流的d軸分量為零，即為id=0控制，此時(shí)，該電機(jī)的電磁推力變化為

在電磁彈射應(yīng)用時(shí)，加速過程可描述為

式中m——?jiǎng)幼雍捅粡椛鋵?duì)象的總共質(zhì)量；

v——被彈射對(duì)象的速度。

當(dāng)彈射加速距離為X=Mτ（M為大于0的整數(shù)）時(shí)

此積分值為 0，相對(duì)于彈射運(yùn)行的距離 100多米，距離τ(0.2m) 就可以忽略不計(jì)。所以，定位力和磁阻推力分量在彈射過程中做功基本為零。故在電磁彈射中，加速過程可簡化描述為

因此，在id=0控制策略下，在彈射距離一定的情況下，根據(jù)被彈射對(duì)象的質(zhì)量，通過調(diào)節(jié)電樞電流的有效值控制電機(jī)電磁推力從而達(dá)到控制彈射脫鉤速度的目的。所以，此種電機(jī)用于電磁彈射具有很好的可控性。

4 容錯(cuò)特性分析

電磁彈射系統(tǒng)是一個(gè)要求高穩(wěn)定性的系統(tǒng)，為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，電機(jī)需要在一定故障情況下仍然可繼續(xù)保持一定時(shí)間的運(yùn)行，即在發(fā)生故障情況下，仍可保證推力實(shí)現(xiàn)再次或多次彈射。這在航空母艦艦載機(jī)的電磁彈射中十分重要，這就要求電機(jī)具有一定的容錯(cuò)運(yùn)行能力。

本文提出的用于電磁彈射的初級(jí)永磁直線電機(jī)采用模塊化的結(jié)構(gòu)，具有一定的容錯(cuò)運(yùn)行能力。本文對(duì)斷路故障下的初級(jí)永磁直線電機(jī)的容錯(cuò)性能進(jìn)行了分析。假設(shè)電機(jī)發(fā)生斷路故障，即三相繞組中存在一相繞組斷路故障，為保證容錯(cuò)運(yùn)行。在故障狀態(tài)下需要保證輸出推力與正常運(yùn)行狀態(tài)下基本一致。假設(shè)B相繞組發(fā)生斷路故障，電磁永磁推力分量是推力的主要分量。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，只要保證永磁推力分量不變，電磁推力可基本保持不變。要保持永磁推力分量不變，只需保持電流的d軸和q軸分量不變。當(dāng)采用故障狀態(tài)下的d軸電流分量i*d=0控制方式，保證故障下的q軸分量不變i*q=Im，即

將原淀粉和 OSA淀粉固定在導(dǎo)電膠上，用洗耳球吹去導(dǎo)電膠上多余的樣品，使樣品均勻分散；把樣品放在鍍膜臺(tái)上噴金300 s，用掃描電子顯微鏡放大到適合的倍數(shù)察看，加速電壓10.0 kV并拍攝具備代表性的淀粉顆粒形貌，每個(gè)試樣選取多點(diǎn)進(jìn)行觀察拍照。

通過式（14），可得當(dāng)采用式（15）的三相電流施加時(shí)，可保持電磁推力分量不變。

將式（15）代入式（5）,可驗(yàn)證得到永磁推力分量不變。

同樣，可推導(dǎo)出其他兩相發(fā)生斷路故障時(shí)的容錯(cuò)運(yùn)行三相電流相類似。

5 仿真分析研究

為驗(yàn)證所提出初級(jí)永磁直線電機(jī)的推力特性和容錯(cuò)運(yùn)行特性。本文采用二維瞬態(tài)有限元對(duì)電機(jī)的推力特性和容錯(cuò)特性以及電磁彈射過程進(jìn)行了仿真分析。

5.1 二維瞬態(tài)有限元

與靜態(tài)有限元計(jì)算方法不同，瞬態(tài)有限元方法將運(yùn)動(dòng)的速度量考慮在內(nèi)。根據(jù)麥克斯韋公式，瞬態(tài)有限元計(jì)算公式如下

式中A——磁矢位；

μ——磁導(dǎo)率；

σ——電導(dǎo)率；

Hc——永磁矯頑力Js等效表面電流密度。

在瞬態(tài)有限元求解基礎(chǔ)之上，本文采用虛功法計(jì)算該電機(jī)的電磁力。將場(chǎng)域離散為一系列的三角形，能量為各個(gè)三角形能量之和

式中W——場(chǎng)域總能量；

Hi，Bi——i單元內(nèi)內(nèi)磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度。

當(dāng)采用一階單元時(shí)，且不考慮非線性的電磁力時(shí)，可推出電磁力的計(jì)算公式如下

式中μi——第i個(gè)三角形單元的的磁導(dǎo)率。

5.2 推力特性仿真

忽略摩擦阻力的大小，對(duì)電磁推力在電流有效值為15000A時(shí)隨位置變化進(jìn)行了瞬態(tài)有限元仿真。為驗(yàn)證對(duì)B相繞組斷路故障下的推力變化，采用正常電流和式（15）中的容錯(cuò)運(yùn)行電流進(jìn)行了有限元仿真。仿真的推力變化和電流變化如圖4所示。

圖4 正常和故障下電磁推力和電流波形Fig.4 The thrust force waveforms and current waveforms under normal and fault conditions

從圖4可以看出，在繞組電流有效值 15 000A時(shí)，采用有限元計(jì)算的平均推力大小130 000N。電機(jī)的極距為 20cm，通過圖 3得電機(jī)磁鏈有效值ψm大約為 0.135Wb，采用推力公式計(jì)算的永磁推力為134 860N。有限元計(jì)算與公式推導(dǎo)基本相一致，證明了式（5）的計(jì)算可行性。在斷路故障時(shí)采用式（15）的容錯(cuò)控制策略，推力平均值基本可不變，但是推力波動(dòng)變大，基本可以實(shí)現(xiàn)直線電機(jī)帶故障容錯(cuò)運(yùn)行，保證故障狀態(tài)下電磁彈射系統(tǒng)可繼續(xù)工作。

5.3 電磁彈射過程仿真

電磁彈射過程是在規(guī)定的距離達(dá)到一定的速度，因此，保持一定加速度是發(fā)射控制的主要目的。為驗(yàn)證發(fā)射過程，進(jìn)行了發(fā)射過程仿真模擬。假設(shè)被彈射總重量為13 000kg，飛機(jī)自身發(fā)動(dòng)機(jī)提供130 000N的推力，電磁彈射器提供助推力，彈射距離120m，其中加速段距離為110m，起飛速度240km/h。為保證達(dá)到彈射要求，需在加速段保證2倍重力加速度運(yùn)行，此時(shí)，電機(jī)需提供130 000N左右的最大推力。采用瞬態(tài)有限元其進(jìn)行了仿真，圖5為電磁彈射系統(tǒng)中初級(jí)永磁型直線電機(jī)加速過程仿真運(yùn)行曲線。

圖5 彈射瞬態(tài)場(chǎng)仿真曲線Fig.5 Transient results during the launch

從仿真結(jié)果中可以看出，隨電流的變化，推力與電流有效值保持線性關(guān)系。當(dāng)推力逐漸增加到最大后，在0.2s以后推力保持最大，不隨速度變化。不考慮風(fēng)阻力的情況下彈射對(duì)象最高可保持2倍的重力加速度。根據(jù)仿真結(jié)果，當(dāng)加速 105m距離可使出口速度達(dá)到滿足起飛要求的240km/h（66.7m/s）的起飛速度。從彈射仿真結(jié)果可知該種電機(jī)推力直接控制比較簡單而易實(shí)現(xiàn)。

6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和結(jié)果對(duì)比

為了驗(yàn)證所提出磁通切換型直線電機(jī)的電磁推力特性分析的正確性，本文采用一個(gè)同類型同比例縮小的小尺寸單邊直線磁通切換型初級(jí)永磁電機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)研究。其參數(shù)見表3。

表3 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)基本參數(shù)Tab.3 Parameters of the experimental prototype（單位：mm）

圖6所示為該實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)物圖。所用試驗(yàn)電機(jī)的磁鏈波形有限元分析結(jié)果如圖7所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)測(cè)量裝置圖Fig.6 The measurement system structure

圖7 三相空載磁鏈波形Fig.7 The no-load flux waveforms in three phase coils

本文首先在勻速運(yùn)動(dòng)情況下對(duì)電機(jī)的一定負(fù)載情況下推力特性和電流變化進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。力平衡公式為

式中Fe——電磁推力；

Fg——重物重力；

Fi——摩擦阻力；

m1——平臺(tái)質(zhì)量；

vt——?jiǎng)幼舆\(yùn)動(dòng)速度。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持電機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)，電磁推力等于重物重力與摩擦力之和。重物為100N，電機(jī)從0.12m/s的速度調(diào)整為兩倍速度，電流的變化如圖8所示。

圖8 速度變化下電流波形Fig.8 The current waveforms at different speeds

從特性曲線可以看出，電流幅值基本不變，電磁推力只決定于電流大小，此時(shí)，電流有效值大約2.9A。跟據(jù)圖7的磁鏈數(shù)值，采用式（5）計(jì)算，當(dāng)電流有效值為2.35A時(shí)，推力為100N，電流略小于實(shí)驗(yàn)值，主要是由于摩擦阻力的作用。

為驗(yàn)證推力計(jì)算公式，同樣保持電機(jī)運(yùn)行勻速狀態(tài)，對(duì)不同重物負(fù)載下的電流進(jìn)行了測(cè)量。

圖9為不同負(fù)載下的電流有效值變化情況，圖中給出了公式計(jì)算值、有限元計(jì)算值和實(shí)驗(yàn)測(cè)量值。從圖9可以看出，三種結(jié)果基本一致。電流增大后，有限元和測(cè)量結(jié)果略微下降，這主要是由于電機(jī)初級(jí)鐵心內(nèi)磁路飽和引起的。而電機(jī)測(cè)量值在空載時(shí)仍有電流，這是摩擦阻力引起的。結(jié)果顯示，推力大小與電流成正比，驗(yàn)證了推導(dǎo)推力公式。

圖9 不同負(fù)載的電流值Fig.9 The current with different loads

為驗(yàn)證電機(jī)容錯(cuò)性能，采用兩相電流按照式（15）所推導(dǎo)的公式施加，推力和電流如圖10所示。

圖10 測(cè)量推力和電流波形Fig.10 The measured thrust and current waveforms

從圖10可以看出，當(dāng)一相繞組斷路故障下，電流按兩相注入，可保持永磁推力的基本恒定，可實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制的故障運(yùn)行。驗(yàn)證了所提出電機(jī)的容錯(cuò)控制特性分析結(jié)果。

7 結(jié)論

本文提出了一種新型的初級(jí)永磁型直線電機(jī)，在對(duì)其靜態(tài)特性分析的基礎(chǔ)之上，考慮電機(jī)的邊端效應(yīng)，推導(dǎo)了推力公式，并對(duì)其容錯(cuò)運(yùn)行性能進(jìn)行了分析；采用瞬態(tài)有限元對(duì)故障下容錯(cuò)運(yùn)行和正常電磁彈射過程進(jìn)行了仿真分析；采用樣機(jī)驗(yàn)證了所提出直線電機(jī)的電磁性能。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所該電機(jī)具有次級(jí)結(jié)構(gòu)簡單、直接推力控制實(shí)現(xiàn)較為容易、容錯(cuò)性能好的特點(diǎn)。這種直線電機(jī)應(yīng)用于電磁彈射系統(tǒng)中，具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和很好的應(yīng)用前景。本文研究內(nèi)容和結(jié)論為該類型電機(jī)在電磁彈射系統(tǒng)中更深入的研究奠定了基礎(chǔ)。

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