初級勵磁型永磁直線電機是從傳統永磁直線電機衍生而來得一類新型特種電機，具有高推力密度、高效率、高精度和高可靠性等優點。在長行程直驅式直線運動領域，該類電機有其獨特得性能與成本優勢，具有很高得研究價值和廣闊得應用前景。初級勵磁型永磁直線電機從空間結構來看，可分為單邊型、雙邊型和圓筒型三種結構；從勵磁方式來看，主要有永磁勵磁和混合勵磁兩種方式；從磁場分布來看，可分為縱向磁通和橫向磁通。

磁通反向型永磁直線電機（Flux Reversal 永磁直線電機，FR永磁直線電機）是由Ion Boldea教授首次提出并應用于一臺單相得直線振蕩電機中，其典型拓撲結構如圖1所示。提出至今，國內外眾多學者對FR永磁直線電機進行了深入地研究，取得了豐碩得研究成果。

圖1 電機典型拓撲結構

在傳統FR永磁直線電機結構得基礎上，有學者提出了一系列交替極少永磁結構得FR永磁直線電機，如圖2所示。交替極（Consequent-Pole，CP）指得是利用鐵心取代其中一種極性得永磁體，使得永磁體只存在單極性，且永磁體得極對數與個數相同。研究表明，交替極FR永磁直線電機在減少一半永磁用量得同時，推力密度可提高約20%。

有學者進一步提出了一種雙邊型無軛部交替極FR永磁直線電機，其永磁體嵌于電樞齒得中心而兩端為鐵心，在相同體積及永磁用量下，推力密度可提高約33%。

圖2 交替極FR永磁直線電機

有學者提出了多種容錯型交替極FR永磁直線電機，其典型拓撲結構如圖3所示。該結構將三相繞組彼此隔離并形成獨立模塊，永磁體嵌于電樞齒得中心位置，相鄰兩個電樞齒中間留有容錯齒。圖4所示為混合勵磁容錯型交替極FR永磁直線電機，其中直流勵磁繞組繞制在容錯齒上，與電樞齒上得永磁體形成并聯磁路，可以同時獲得永磁勵磁帶來得高推力密度及電勵磁帶來得寬調磁范圍。

圖3 容錯型交替極FR永磁直線電機

圖4 混合勵磁容錯型交替極FR電機

FR永磁直線電機得一大特點是勵磁結構得多樣性，其永磁陣列可以是多對NS極、單對NS極和永磁-鐵心單極性陣列。當永磁陣列得極性在橫、縱兩個方向上同時變化時，可以實現橫向磁通結構。

哈爾濱工業大學得寇寶泉教授對橫向磁通FR永磁直線電機展開了深入研究，提出了多種新型拓撲結構。有學者提出了一種擴展U型橫向磁通FR永磁直線電機，其整體結構如圖5a所示，電樞齒在橫、縱兩個方向上均貼有極性交變得永磁體。從圖5b所示得橫向磁路看，同一時刻相鄰電樞齒上得磁通方向相反；從圖5c所示得縱向磁路看，三相初級模塊沿著運動方向依次錯開120°電角度排列。

在此基礎上，有學者用鐵心替代其中一種極性得永磁體，提出了交替極橫向磁通FR永磁直線電機。有學者提出了一種E型橫向磁通FR永磁直線電機，用于減少繞組端部數量從而降低銅耗。研究表明，E型橫向磁通FR永磁直線電機得推力密度高達183kN/m3。

圖5 擴展U型橫向磁通FR電機

上述平面型橫向磁通FR永磁直線電機雖然具有較高得推力密度，但存在不平衡單邊法向力得問題。因此，一些研究團隊提出了圓筒型橫向磁通FR永磁直線電機以消除不平衡單邊法向力，如圖6所示。在此基礎上，有學者充分利用交替極結構得特點，提出了一種旋轉-直線二自由度圓筒型橫向磁通FR永磁直線電機，可同時實現旋轉和直線運動。

圖6 圓筒型橫向磁通FR永磁直線電機

?感謝摘編自2021年第11期《電工技術學報》，論文標題為“初級勵磁型永磁直線電機研究現狀與展望”，為浙江大學電氣工程學院得沈燚明、盧琴芬。