双三相永磁同步直线电机模块化绕组结构设计与推力脉动抑制研究

针对|Q-2P|=Q/3（Q为6的偶数倍）极槽配合下双三相永磁同步直线电机(DTP-PMLSM)因绕组相位差受限导致的磁动势(MMF)谐波问题，研究人员提出模块化初级绕组结构，通过30°相位差重构将推力脉动从10.24%降至3.83%，6次谐波幅值降低94.8%，平均推力提升2.1%。该成果为高精度直线驱动系统提供了创新解决方案。

　　

在高端直线运动领域，双三相永磁同步直线电机(DTP-PMLSM)凭借其低推力脉动、高可靠性等优势，已成为电磁弹射、磁悬浮交通等场景的核心驱动装置。然而当电机采用|Q-2P|=Q/3（如12槽10极、24槽16极）这类特殊极槽配合时，传统绕组结构会因槽电动势星形图中相邻矢量呈120°电角度，强制两组绕组相位差为0°，导致5p次和7p次磁动势(MMF)谐波激增，严重影响推力稳定性。这一"谐波困局"使得该类高效极槽配合难以发挥理论优势，成为制约DTP-PMLSM性能突破的瓶颈。

天津某高校研究团队在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表的研究中，创新性提出模块化初级绕组结构。通过将电机分解为t个单元电机（t=GCD(Q,P)），重构绕组空间分布实现30°相位差，成功破解了特殊极槽配合下的谐波抑制难题。有限元仿真表明，新结构使16槽24极电机的推力脉动降低62.5%，6次谐波幅值锐减94.8%，同时平均推力提升2.1%，实现了"抑谐波、增推力"的双重突破。

关键技术包括：1）基于最大公约数原理的模块化电机分解；2）槽电动势星形图矢量空间重组；3）有限元法对比分析传统结构与模块化结构的MMF谐波含量（5p、7p、11p、13p次）及推力特性；4）端部效应抑制通过优化初级铁芯长度实现。

【Structural parameter】
通过调整初级长度将气隙分为左端、右端和中间三个区域，建立端部效应抑制基础。

【Double three-phase winding with |Q-2P|=Q/3】
揭示12槽10极等配合下槽电动势矢量呈120°分布规律，证明传统结构必然导致0°相位差，引发5p、7p次MMF谐波。

【Modular primary structure】
提出以GCD(Q,P)为单元数分解电机，16槽24极电机被分为8个2槽3极单元，使相邻槽电动势矢量电角度β从120°降至30°。

【Dual three-phase modular motor winding structure】
模块化重组后，两组绕组基波相位差精确控制为30°，5p、7p次谐波相互抵消，11p、13p次谐波幅值降低82.6%。

【Conclusion】
该研究不仅为特殊极槽配合DTP-PMLSM提供了普适性设计方法，更通过模块化架构创新，将理论相位差控制精度提升至工程实用水平。相比传统对称60°移相绕组，新结构在保持高平均推力（14.22kN）同时，使推力波动进入3%超低区间，为精密机床、半导体装备等对运动平稳性要求严苛的领域开辟了新可能。研究团队特别指出，该方法可扩展至其他分数槽绕组电机，为下一代高功率密度直线驱动系统提供核心技术支持。