用于精密加工的三相磁通切换永磁直线电机的研究与分析

数控机床常用的驱动方式为旋转电动机+齿轮或皮带等中间传动装置,但是这种方式存在有很多的缺点,如摩擦、反向间隙等都会直接影响并限制数控机床的加工精度。该文提出一种用于精密加工的三相磁通切换永磁直线电机,该种直线电机继承了永磁磁通切换电机和直线电机的优点,由于它可以采用直接驱动的方式而不需要中间传动环节,因此可以显著提高数控机床的加工精度。首先,文章给出了该电机的基本结构并分析了其工作原理;其次,基于有限元法对电机进行仿真和分析,并研究其特性,如磁场分布、空载反电动势、绕组磁链、绕组电感和电磁推力等,通过对仿真结果分析发现绕组磁链和反电动势的波形本质上均为正弦波;最后,对不同永磁体厚度、气隙、电流和速度下的电磁推力进行比较和分析以研究推力随这些参数的变化情况。     

基于AVR单片机的直线电机位置控制

为降低直线电机驱动电路的成本,该文利用8位的AVR单片机实现了直线电机的位置控制,控制精度达到了0.05 mm。文中设计了直线电机的驱动电路,合理地简化了电压空间矢量的合成算法,提出了从霍尔反馈中快速获取电机推杆位置的方法,开发了限幅比例增量式控制律,进行了直线电机的位置控制硬件实验,实验结果证明本设计方案满足了实时性和精度要求。     

直线电机在高速加工机床上的应用与展望

介绍了高速机床用直线电机的发展现状，列举了直线电机在高速进给驱动系统中的典型应用事例，并对高速机床用直线电机的前景进行了展望。     

开关磁阻电机转子动力学建模与分析

超高速电机和普通电机相比,在功率密度、体积重量和传动效率上具有明显的优势,在航空航天、能源、高速加工等军事和民用领域具有广泛的应用前景。由于开关磁阻电机(SRM)具有结构简单坚固,转子上无永磁体和绕组,对高温等恶劣环境适应能力强等优点,最具开发成超高速电机的潜力。转子动力学设计是旋转机械设计中的重要环节。本文计算了开关磁阻电机偏心转子在各种电流和偏心度下的不平衡磁拉力,并在此基础上提出了开关磁阻电机不平衡磁拉力特有的脉冲性。作者建立了开关磁阻电机转子动力学模型,实现离心力和电磁力的解耦,并进行了一系列的仿真,为高速开关磁阻电机的设计提供参考依据。     

弧形直线感应电动机的研究与应用

较详细地论述了一种依托于铁磁性材料制成的管道为次级的弧形直线感应电动机的结构、工作原理，为管道爬行器提供体积小、动力足、安全可靠的驱动方式，与老式旋转电动机比较，它在未来管道爬行器驱动方面具有更广阔的前景和优势。     

基于电感线性区模型的开关磁阻电机无位置传感器技术

无位置传感器起动和低速运行控制是开关磁阻电机研究的难点问题。分别针对静止、带初始转速,以及驱动运行3种模式进行了研究,提出了一种基于电感线性区模型的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。该方法采用电流斜率差值计算法来辨识全周期的电感信息;并通过设计电感比较逻辑实现电感线性区的估计;在电感线性区建立了角度–电感关系的数学模型,可以直接估计出转子位置和转速信息,实现无位置传感器无反转起动和运行控制。实验结果验证了理论分析的正确性和可行性。     

基于直线电动机的位置伺服控制系统

介绍了基于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)控制的直线电动机位置伺服系统,应用于电火花小孔成型机上微细异型孔的加工。位置伺服控制的精度对加工工件的质量有很大的影响。在控制策略上采用PID控制,可通过调整PID参数使系统获得理想的动态性能。对PID参数进行了仿真,通过仿真及矫正后的波德图对比,系统获得良好的动态性能。     

A Direct Drive θ‐Z Motor for Rotary and Linear Motion

A multidimensional positioning mechanism, along with high speed and high accuracy, is essential for an industrial machine. A positioning machine operates precisely in both vertical linear motion (z‐axis) and rotary motion (θ‐axis). A ball screw mechanism is used for the z‐axis whereas a servo motor is used for the θ‐axis. We developed a direct drive θ‐z motor for rotary and linear motion. Torque and thrust are generated directly by the mover. Thus, high speed and high accuracy as well as miniaturization are achieved without using machine elements such as a ball screw and belt. In this paper, we describe the structure and operating principle of the θ‐Z motor, and the sensor that can detect the θ‐axis and the z‐axis position. In addition, we consider a design method that minimizes copper loss by taking advantage of the shape of the permanent magnet and coil. Furthermore, using a prototype we evaluated the characteristics of torque, thrust, and repeatability.     

基于DNN的舵机用永磁式线性力电机驱动力预测模型

永磁式线性力电机是直驱式电液伺服阀的重要部件之一,其驱动力可以对进入阀口的金属碎片进行切割,防止阀口被碎片挡住,因此,准确预测其驱动力对永磁式线性力电机的设计具有极其重要的研究意义。首先基于ANSOFT对永磁式线性力电机电磁场进行有限元仿真,获得其零位在极限电流作用下的驱动力。其次根据优化目标和约束条件确定永磁式线性力电机的关键结构参数及其取值范围。随后,采用基于最大最小距离准则的拉丁超立方算法进行关键结构参数在多维空间尺度上的样本采样。最后,提出带有转换层的深度神经网络模型,把电机结构参数经过转换层后提取出电机模型的100个参数,使深度神经网络能从更多的特征中组合出新的高维特征,从而提高模型预测精度,且应用PReLU激活函数和SmoothL1Loss损失函数,建立了舵机用永磁式线性力电机驱动力预测模型。与传统的预测模型Kriging和RBF相比,充分验证了此模型的有效性和准确性。     

TFLSRM换相位置检测的滑模观测器研究

针对横向磁场直线开关磁阻电机(TFLSRM)的特殊结构,提出一种基于电机磁链模型的滑动模态观测器,用以估计直线电机的位置和速度。所提观测器无需附加任何机械部件,只需检测电机电压和电流即可估计出准确的位置和速度。运用此滑模观测器在直线电机运行工况下进行了仿真,结果证明采用这种方案能够准确估计出直线电机的实际位置和运行速度。     

切向内置式高速永磁电动机转子结构优化研究

针对小功率高速永磁电动机,为满足高速电动机转子结构的应力要求,并简化电动机的生产工艺,提出了一种基于梯形永磁体的切向内置式转子结构,在满足电动机基本设计要求的前提下,对电动机转子相关结构参数进行了优化设计。采用有限元仿真方法,详细地分析了极弧系数和转子表面结构对齿槽转矩、平均转矩和转矩脉动的影响规律,并对转子的结构应力进行了校核。研究表明,该转子结构可有效简化电动机的生产工艺,总结了部分参数对电动机转矩性能的影响规律,并通过对转子结构的优化,有效地减小齿槽转矩以及转矩脉动。     

T型直线超声波电动机的运行机理及其特性分析

提出了一种新型T型直线超声波电动机,利用PZT d31模式激发压电双晶悬臂梁产生纵向振动,并通过驱动足与滑条间的摩擦作用带动滑条作直线运动。研究了电动机结构和运行机理,采用有限元方法对T型直线超声波电动机定子进行了建模和分析;利用冲量定理和力平衡原理建立电动机定子和滑条接触面力传递模型,仿真分析了不同预压力作用下电动机的速度-推力输出特性,实验验证了仿真分析结构的正确性。实验结果表明,在激励电压幅值Vpp为200 V和激励频率为23.75 k Hz作用下,电动机在预压力为50 N时的空载直线速度达到250 mm·s-1,在预压力为200 N时的最大推力达到7.6 N。     

基于支持向量机的直线电机推力波动前馈补偿

直线电机系统中,推力波动具有很强的非线性特点,是影响直线电机控制性能的重要因素之一。以结构风险最小化为学习规则的支持向量机进行推力波动模型辨识,来构成具有推力波动前馈补偿自适应控制单元的直线电机PID控制系统。该控制系统集合了PID线性控制和推力非线性补偿控制,以提高直线电机的轨迹跟踪精度。最后由Matlab仿真结果表明,基于支持向量机的推力波动模型比基于最小二乘法具有更高的辨识精度,控制系统具有更小的轨迹跟踪误差、更强的抗干扰性,从而提高直线电机定位精度。     

Development of High‐Acceleration Linear Motor to Realize Resource Saving and High Productivity

The use of linear motors has been rapidly increasing in recent years in response to the rising demand for drive mechanisms with higher speed and acceleration to improve the throughput of semiconductor production equipment, machine tools, and so on. In this study, we have developed a new type of linear motor with an opposed magnetic pole structure and twin movers. To achieve higher acceleration of a linear motor, it is necessary to satisfy both large thrust and low inertia. In our proposed new type linear motor, the thrust is improved by increasing the facing area between the permanent magnets and magnetic pole teeth by using multistage movers. Furthermore, the magnetic leakage flux is reduced by multiplexing the magnetic flux path. In a short stroke (approximately 210 mm) drive, the high acceleration of 1670 m/s² and maximum velocity of 14.2 m/s is demonstrated using a prototype linear motor (maximum thrust = 25 kN).     

极坐标离散点曲线的CAM操作技巧

在无机模具的生产中，线切割等速控机床在加工离散点曲线时，精度往往达不到设计要求，本文给出在进行计算机辅助制造时提高数控机床加工精度的技巧。     

永磁直线电动机一种控制系统的实现

设计一种新型直线压缩机驱动用永磁往复直线电动机的控制系统。通过分析直线压缩机的谐振工作特性和动圈式直线电动机的运行特点，在获得直线电动机样机的空载谐振的基础上，采用电机专用控制芯片TMS320LF2407设计了控制系统，完成了压缩机行程采样周期和采样数组的算法。并采用VB6编写了具有良好人机界面的上位机控制程序，解决了新型直线压缩机驱动用直线电动机的控制问题。     

永磁直线电机精确相变量建模方法

针对永磁直线电机控制系统的精确动态仿真,提出了一种基于有限元的永磁直线电机一般化相变量建模方法。考虑电机非理想结构对推力的影响,建立了永磁直线电机的一般化相变量模型。采用3次样条插值,根据电磁场有限元计算结果获得了模型中电感、齿槽力、永磁体产生的磁链与动子位置的关系曲线。考虑功率电子模块中吸收电路的影响,提出了一种基于S-function的仿真建模方法,根据相变量模型的状态方程直接建立了Simulink下的永磁直线电机一般化仿真模型。对某种永磁直线电机进行了两相导通控制和id=0矢量控制下的控制系统仿真实验,仿真结果表明,基于有限元的相变量模型为永磁直线电机控制系统精确动态分析提供了一种快速、有效的一般化建模方法。     

大型电机窜轴及轴向力试验研究

通过现场试验研究和理论分析,找出了具有滑动轴承结构型式的大中型电机作为机械设备的拖动电机使用时发生的电机转子轴向窜动问题的根源。同时指出,使用设计合理,制造精确的新弹性圈柱销联轴器传递扭矩时,能够基本消除轴向方,避免电机转子的轴向窜动。     

直线开关磁阻电机发电控制系统设计

分析了直线开关磁阻电机的结构和工作原理,针对传统的光电传感器所存在的问题提出了一种应用于直线开关磁阻电机发电控制系统的直接位置检测传感技术,设计了功率变换器主电路和基于单片机的控制系统.结合三相6/4结构的直线开关磁阻电机,采用旋转直流电机作为原动机拖动直线开关磁阻电机次级作直线往复运动进行发电试验,模拟海洋潮汐发电,实现了电机的发电运行控制.试验结果验证了设计目标.     

基于PID与cogging力补偿的直线电动机控制

直线电动机cogging力是影响伺服控制定位精度和跟踪精度的重要因素。目前电动机几何结构优化与有效的控制策略是减小直线电动机cogging力的主要措施。在分析已有研究的基础上,提出了一种完全基于试验的cogging力迭代标定方法,并结合PID位置/力控制策略实现了直线电动机cogging力的补偿。所提出的方法已在气浮结构运动平台上进行了验证,给出了cogging力迭代标定的试验结果,对比了cogging力补偿前后的伺服控制跟踪误差。结果表明了提出方法的实用性和有效性。