永磁直线同步电机推力波动约束

由齿槽力、边端力及法向吸力引起的推力波动是影响永磁直线同步电机(PMLSM)动态性能的主要因素。为了实现高速精密直接驱动系统,通过对PMLSM进行有限元分析建模,分析了齿槽力变化规律,利用傅里叶级数拟合得到齿槽力变化曲线;设计了齿槽力电流预测控制模型,对齿槽力引起的推力波动进行补偿;同时设计了扰动观测器对其他因素引起的推力波动进行补偿,进一步削弱了推力波动。最后,通过实验验证PMLSM推力波动补偿控制系统的有效性,补偿后电流和速度的波动都得到了很大改善,能够实现较高精度的直接驱动系统。     

基于复合磁性槽楔的PMLSM推力波动抑制

永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)存在齿槽力,影响电机的控制性能。 本文提出一 种基于软磁、硬磁材料混搭的新型复合磁性槽楔结构(composite magnetic slot wedge,CMSW),能有效抑制 PMLSM 推力波动。 首 先,分析了单一磁性槽楔的材料、尺寸和空间位置分布对 PMLSM 输出推力和推力波动的变化规律。 然后,研究新型复合磁性 槽楔的软磁、硬磁材料配比和位置分布,对电机输出推力、推力波动和齿槽力等电磁性能的影响。 以最大推力和推力波动最小 为优化目标,利用正交优化法对复合磁性槽楔的尺寸进行优化。 研究表明,采用新型复合磁性槽楔可有效降低推力波动和损 耗,推力波动降低 79. 4%,而平均推力基本不变,为 PMLSM 推力波动抑制提供新的技术途径。     

磁极错位削弱永磁直线伺服电动机齿槽法向力波动方法

单边平板式永磁直线伺服电动机(PMLSM)在运行过程中动、定子之间存在较大的法向力波动,法向力波动引起的摩擦力摄动和机床振动极大地影响了机床的加工精度,齿槽效应是引起永磁直线伺服电动机法向力波动的一个重要原因。为此,采用麦克斯韦张量法推导了动子边齿无限长无端部效应的PMLSM法向电磁力的解析表达式,揭示齿槽效应引起的法向力波动的规律。通过对傅里叶分解系数的分析,得出齿槽效应产生的法向力波动的主要谐波次数,提出永磁磁极三段错位法以削弱其引起的主要谐波法向力波动,消除传统的斜极、移相优化方法产生的电动机横向俯仰运动。最后以齿槽法向力波动较为明显的12槽8极PMLSM为例,采用有限元仿真和实验验证,结果证明该方法不仅能够削弱齿槽效应产生的法向力波动,还能在推力基本保持不变的情况下,有效地削弱推力波动。     

机床用永磁直线同步电机推力波动的优化设计

永磁直线同步电机正在越来越广泛应用在高精度数控机床上.推力波动是影响机床系统运动精度和定位精度的主要因素.因此减小推力波动是永磁直线同步电机优化设计的重要任务.以一台有铁心PMLSM为例,首先对端部效应力,齿槽效应力分别加以分析,通过优化初级长度,优化两个端部齿的形状,优化绕组形式,优化次级磁钢偏斜角度,并用Ansoft进行仿真,比较切向力和法向力的波动变化,最终以优化后的参数制作了验证样机.     

永磁直线同步电机的推力波动分析

为改善高档数控机床进给系统用永磁直线同步电机的伺服性能,需要研究减少推力波动的技术措施。文章分析了永磁直线同步电机推力波动的机理,指出齿槽效应、端部效应及法向力是引起永磁直线同步电机推力波动的主要原因。     

减小法向力波动永磁同步直线电动机优化设计

高速高精度机床直线进给系统用永磁直线同步电机(PMLSM)存在法向力波动的问题,法向力波动会造成进给工作台振动,影响精密机床的加工精度和定位精度.分析表明,磁阻力波动是产生法向力波动的主要原因.采用初级齿槽两次倒角优化和次级斜极相结合的方法来减小磁阻力波动.应用有限元方法对齿槽结构和斜极角度进行优化,计算优化后的电动机参数,并使用分层有限元分析方法进行仿真计算.仿真结果表明,采用该优化方法的永磁直线同步电机可在推力损失较小的情况下有效抑制法向力的波动幅值.     

永磁同步直线电动机磁场和推力波动分析及实验研究

直线电动机存在由端部效应、齿槽效应和法向吸力引起的推力波动,对电动机动态稳定性和伺服控制性能产生较大的影响。利用等效磁化电流和许-可变换求解电动机的磁场分布,并采用ANSYS进行仿真分析验证,采用对电动机初级铁心长度优化的方法降低推力波动。实验表明,推力波动实验值与分析基本一致,证明了提出的磁场分析方法和优化设计的有效性。     

基于响应面法的双边长初级永磁直线同步电机多目标优化设计

永磁直线同步电机由于存在边端效应以及齿槽效应,在运行中不可避免地产生推力波动。针对高速大推力密度应用场景,对一种双边长初级PMLSM开展了优化设计。将有限元法与解析法结合,首先独立分析了轴向长度、极弧系数和初级轭部高度等单个参数对电机水平推力和推力波动的影响,并进一步采用Taguchi法筛选显著性较高的结构参数。在此基础上,以提高电磁推力、减小推力波动为优化目标对电机进行响应面分析,得到最终的电机尺寸优化参数。最后制作样机并搭建实验平台,验证了所提优化方法的有效性。     

永磁直线同步电机推力脉动削弱方法综述

对永磁直线同步电机(PMLSM)的推力脉动削弱方法进行了原理介绍和特点分析。针对边端效应力、齿槽力和电磁脉动力,归纳和总结了其对应的推力脉动削弱方法,并对其控制方式进行了概括。最后讨论了PMLSM推力脉动削弱方法的发展趋势。所做研究有助于促进PMLSM性能的提高和应用领域的扩大。     

开辅助槽对永磁直线伺服电机法向力波动的影响

单边平板型有铁心永磁直线伺服电机(PMLSM)由于具有推力大,功率密度高的特点,是目前应用最为广泛的一种直线电机,但由于齿槽效应、端部效应及磁场谐波的影响,电机在运行过程中初、次级之间存在较大的法向力波动,其中齿槽效应引起的法向力波动一方面以摩擦力扰动的形式引起切向推力的波动,另一方会面引起机床的振动。为此,采用Maxwell stress tensor推导初级边齿无限长永磁直线电机空载齿槽法向力的解析表达式,通过对整数槽和分数槽PMLSM法向力波动谐波分量的分析,得出电机初级齿开辅助槽对齿槽法向力波动谐波次数和谐波幅值的影响规律。利用Ansoft Maxwell有限元软件对单边永磁直线电机开辅助槽前后的法向力波动情况进行仿真分析,仿真结果与解析结果基本一致,验证了解析分析方法的正确性,为削弱PMLSM法向力波动提供了理论指导。     

Thrust ripple optimization and experiment for a permanent magnet linear synchronous motor

Thrust ripple such as end force, slot force and normal force are key factors that affect the properties of permanent magnet linear synchronous motors (PMLSM). According to different mechanics and analytical models, end force resulting from open magnetic circuit of PMLSM was greatly decreased by optimizing the length of the PMLSM mover. Slot force caused by slot effect was greatly reduced by using fraction slot structure, and normal force was calculated through the finite element method (FEM). After thrust ripple was calculated, its uniform formula was obtained through Fourier series nonlinear regression. An experimental system was set up to measure thrust ripple, and experiment results demonstrated that experimental force ripple was quite in line with that calculated by the fitting formula. The optimal theory and analysis method is effective, and the obtained formula can be utilized to compensate thrust ripple in practical applications and improve the motion performance of PMLSM. __________ Translated from Proceeding of the Chinese Society for Electrical Engineering, 2005, 25(12): 122–126 (in Chinese)     

高加速度双边型永磁直线电机的设计与优化

以高加速度与高推力密度为设计目标,设计了一种平板双边型永磁直线电机。首先通过分析极槽配合对推力性能的影响,选择了合适的极槽配合;其次采取抑制推力波动的措施对结构进行了优化,并对动子结构进行轻量化设计以提高加速度;然后基于有限元研究了两种电密情况下的电感参数和推力性能,得到空载运行情况下的动子加速度;最后,研究了两台组合式结构或永磁分段斜极的方法进一步降低推力波动,实现了大推力、低波动和高加速度的设计目标。     

磁悬浮列车用永磁直线同步电机特性的有限元分析

用有限元法分析了磁悬浮列车用永磁直线同步电机的动力特性,得到了在列车前进时推力的波动情况,并讨论了不同气隙高度下磁悬浮列车用永磁直线同步电机电磁力的变化情况。     

削弱永磁直线电机法向力波动优化设计

为了削弱永磁直线电机(PMLM)运动中存在于动子与定子之间的法向力波动,在推导分析法向力波动产生原理的基础上,采用最优极弧系数和磁极倒角法削弱齿槽法向力,采用优化铁心长度及端齿形状削弱端部法向力,以达到综合削弱PMLM法向力波动的目的。通过有限元仿真证明了所采用方法的有效性,可以在满足推力要求的的情况下,极大地削弱PMLM的法向力波动。所得结论可为永磁直线电机的设计提供一定的理论指导。     

直线伺服电机法向力分析

法向力是影响直线伺服电机运动性能的主要原因之一。采用有限元分析的方法对直线伺服电机的两种法向力进行分析,分析了推力、法向力与气隙长度的关系。通过采用傅立叶级数进行非线形回归分析,得到电机初级与次级之间法向力的公式。在实际应用中,可以利用得到的公式对推力波动进行补偿,提高直线伺服电机的运动性能。通过增加直线伺服电机底板厚度来解决机床隔磁的问题。     

高速磁浮列车用永磁直线同步电机特性有限元分析

用有限元法分析了高速磁浮列车用永磁直线同步电机的动力特性,得到了在列车前进时推力的波动情况,并讨论了不同气隙高度下高速磁浮列车用永磁直线同步电机电磁力的变化情况。     

双边永磁同步直线电动机磁阻力分析及最小化

对一种双边永磁同步直线电动机进行二维建模,将电机的磁阻力分解为边端力和齿槽力独立的两部分,采用半无限边端结构建立由边端效应产生的磁阻力分析模型,通过优化初级铁心长度的方法将边端力幅值从原来的28 N降低到10 N;采用周期边界条件的方法,建立齿槽力分析模型,通过改变齿槽槽距,从而提高槽数与永磁体极数的最小公倍数,将齿槽力幅值从原来的4.1 N降低到1.3 N。这些减小力矩波动的措施经过实验样机验证合理可行。