永磁直線伺服電機及其冷卻系統(tǒng)研究.pdf

1、永磁直線伺服電機(PMLSM)具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，體積小，質(zhì)量輕，推力密度大，效率高，可控性好，運行平穩(wěn)等優(yōu)點，已逐漸成為直線伺服系統(tǒng)的主流驅(qū)動電機，而如何提高推力密度和削弱推力波動一直是永磁直線伺服電機領(lǐng)域的兩個重要研究內(nèi)容。本文圍繞這兩個問題，對兩種常用結(jié)構(gòu)的永磁直線伺服電機進行了深入研究，分別為適用于輕載、快速反應(yīng)、高精度特性要求場合的雙邊空心PMLSM(DAPMLSM)和高負載、大推力要求場合的單邊水冷PMLSM。
　

2、　首先基于等效磁化強度法建立了PMLSM磁場分布和推力特性解析計算的統(tǒng)一分層線性模型，適用于不同形狀及分布的永磁體、不同交直流電樞電流及不同繞組分布的PMLSM。
　　其次對DAPMLSM進行了電磁設(shè)計。推導(dǎo)了空載氣隙磁場解析表達式，對其他磁體形狀的DAPMLSM提出了將磁體分成矩形塊再線性疊加的簡化統(tǒng)一的處理方法，并給出了電機各參數(shù)的選取原則。指出優(yōu)化空載磁通密度波形可有效降低推力波動，提高伺服性能。另外，該類電機橫向邊緣效應(yīng)較

3、大，會影響氣隙磁場分布、使空載反電勢和推力幅值減小，因此定義了橫向漏磁系數(shù)做定量衡量，其主要影響因素為電機橫向長度、氣隙高度和永磁體厚度。實驗樣機的測量結(jié)果驗證了解析模型和有限元分析的可信性。
　　再次，針對單邊水冷PMLSM首先對其進行了電磁設(shè)計，研究了鐵心端部磁場的分布特點;綜合運用多種措施有效降低了磁阻力。在建立的直線電機對拖平臺上測量了樣機的空載與負載往復(fù)運動特性，證明了樣機具有較好的伺服性能。
　　最后，重點分析了

4、其熱特性并設(shè)計了合理的水冷系統(tǒng)，大幅度提高了電磁負荷與推力密度。在損耗計算的基礎(chǔ)上，建立了三維溫度管流耦合場模型，運算速度快，且可綜合考慮修正熱源、接觸熱阻、初次級間熱傳遞、水流流動和冷卻等方面對電機溫度分布的影響。研究了無水冷和有水冷時不同工況下的熱特性，得出最大允許負載電流和最大工作時間，為電機驅(qū)動提供指導(dǎo)?？偨Y(jié)了PMLSM水冷系統(tǒng)參數(shù)和水道的設(shè)計原則。附加水冷系統(tǒng)后，在同樣的溫升限值下，長時間運行的最大推力密度提高為無水冷時的2.