永磁同步直線電機(jī)定位力抑制與優(yōu)化研究.pdf

1、永磁同步直線電機(jī)(permanent magnet synchronous linear motor, PMSLM)在現(xiàn)代制造行業(yè)應(yīng)用范圍廣泛，具有構(gòu)造簡單、定位精度高、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。但其推力波動問題影響了其在高精度高速領(lǐng)域的發(fā)展與推廣。定位力是PMSLM推力產(chǎn)生波動的關(guān)鍵成因，因此，直線電機(jī)的定位力抑制研究對其輸出特性與推廣起著關(guān)鍵性的影響。本文以一臺雙次級PMSLM為對象，從本體結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過有限元分析對電機(jī)定位力進(jìn)行了分析，并通

2、過參數(shù)掃描技術(shù)對電機(jī)進(jìn)行定位力抑制進(jìn)行了研究，分析了結(jié)構(gòu)與電機(jī)幾個主要輸出特性之間的關(guān)系，最后結(jié)合現(xiàn)代定位力測量技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套適合本課題研究對象的電機(jī)測試平臺。主要研究內(nèi)容如下:
　　首先，分析了PMSLM的定位力產(chǎn)生的機(jī)理，主要是由齒槽效應(yīng)和邊端效應(yīng)引起，通過等效電流法和許-可變換建立了電機(jī)磁場解析方程式。然后通過有限元法建立電機(jī)物理模型，選擇交錯的永磁體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行繞組分相，求解電機(jī)推力、定位力等結(jié)果，并引入“諧波畸變率”來度

3、量電機(jī)定位力空間諧波。最后，通過分別調(diào)整電樞齒寬、永磁體寬度、電樞寬度、錯位距離來分析對電機(jī)推力均值、定位力幅值以及電機(jī)諧波畸變率的影響，為定位力的抑制研究提供理論依據(jù)與參考標(biāo)準(zhǔn)。
　　然后，在雙次級PMSLM磁場解析與有限元建模的基礎(chǔ)上，采用參數(shù)掃描繼續(xù)深化研究多結(jié)構(gòu)對直線電機(jī)性能的影響。首先通過同時改變電機(jī)氣隙寬度和永磁體縱向長度，獲得221組結(jié)構(gòu)與定位力、推力的數(shù)據(jù)，并且將其繪制成關(guān)系曲面，總結(jié)二者對電機(jī)主要參數(shù)的影響。接著

4、改變動子結(jié)構(gòu)，包括鐵心寬度和電樞寬度，同樣對數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，獲得相應(yīng)結(jié)論。
　　磁場解析與電機(jī)仿真計(jì)算的目的是為了確保本課題所采取的技術(shù)方案的可靠準(zhǔn)確性。在計(jì)算域仿真的基礎(chǔ)上，最后采用實(shí)驗(yàn)手段證明仿真理論的合理性，也就是研究電機(jī)的結(jié)構(gòu)對電機(jī)一系列輸出特性的影響，實(shí)驗(yàn)與解析仿真的相互驗(yàn)證，才可以對電機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。結(jié)合現(xiàn)代定位力測試方法對樣機(jī)定位力進(jìn)行測量平臺設(shè)計(jì);平臺通過堵轉(zhuǎn)的方法設(shè)計(jì)測量電機(jī)定位力。最后設(shè)計(jì)電機(jī)反電動勢測量方

5、法。對后續(xù)電機(jī)制作提供一套完整測試系統(tǒng)。現(xiàn)代直線電機(jī)定位力測量技術(shù)用的較多的是往復(fù)運(yùn)動雙向測試方法。因?yàn)槎ㄎ涣χ饕鸽姍C(jī)不加激勵時運(yùn)動所受的力，所以需要另一臺電機(jī)帶動被測樣子動子運(yùn)動，然后測量運(yùn)動過程中所受的磁場力。具體實(shí)施時考慮到電機(jī)動子運(yùn)動過程存在摩擦力，而往復(fù)運(yùn)動摩擦力是大小相等、方向相反的，所以可以讓這兩個摩擦力相互抵消從而提高測量精度。
　　綜上所述，本文采用等效電流法和許-可變換建立電機(jī)磁場解析方程式，推導(dǎo)出了電機(jī)氣隙