永磁直线伺服电动机的分析计算

对具有多极、少齿结构的永磁直线伺服电动机(PMLSM)进行了分析和计算.在设计上采用真分数槽绕组和开口槽对齿槽磁导波进行移相调制,并优化了电枢长度,有效削弱了PMLSM的端部效应和齿槽效应,提高了伺服机构的定位精度.利用有限元法计算了直线电机在不同位置的Detent Force及其在矢量控制下不同负载时的推力波动.     

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。     

永磁直线同步电机推力波动优化及实验研究

由边端力、齿槽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)运动性能的主要因素。通过优化电机动子长度方法降低边端力，采用分数槽结构方法降低齿槽效应引起的齿槽力，利用有限元方法计算PMLSM法向吸力，并采用傅立叶级数进行非线性回归分析，得到PMLSM推力波动统一公式。实验表明PMLSM进给单元推力波动实验值与理论值基本一致。证明了优化理论及分析方法的正确性。因此，在实际应用中，可利用得到的公式对推力波动进行补偿，提高永磁直线同步电机的运动性能。     

永磁直线同步电机空载反电动势和推力的解析计算

针对目前永磁直线同步电机(PMLSM)磁场解析模型的复杂性,为了提高解析模型的计算效率,采用改进的二维气隙相对磁导函数,以计算考虑齿槽效应时电机的空载反电动势和推力.首先建立无槽PMLSM解析模型,提出改进的二维气隙相对磁导函数以解决切向气隙相对磁导分布,根据有槽PMLSM解析模型计算出电机开槽时的气隙磁通密度法向和切向分布.基于磁场解析模型得到不同极槽配合下电机的空载反电动势和推力,探讨极槽配合、不同槽宽及绕组分布对电磁参数的影响,并用有限元法证明了解析法的正确性.该文提出的方法在保证准确度的前提下,适用于整数槽、分数槽绕组PMLSM的电磁参数计算,具有求解方法简便、计算量小、通用性好的特点,有利于电机的快速电磁设计和性能优化.     

基于精确子域模型的永磁直线同步电机空载磁场解析计算

准确计算永磁直线同步电机(PMLSM)磁场分布是得到电机参数及性能的前提,而建立精确的数学模型则是求解电机磁场问题的关键。鉴于PMLSM传统解析理论在齿槽效应对气隙磁场影响的求解上存在局限性,提出PMLSM精确子域模型以得到精确磁场分布。计及永磁体相对磁导率、电机槽深、所有槽与槽之间对磁场分布的相互影响,采用标量磁位分别建立PMLSM永磁体、气隙、槽子域拉普拉斯方程。根据各子域交界面边界条件,基于傅里叶级数法,列出所有边界条件方程组,并建立端部等效模型,求解得到各子域标量磁位和空载磁通密度分布,进而探讨各个齿槽、端部区域对气隙磁场空间分布的影响。有限元结果证明了所用解析方法的准确性。     

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。     

永磁直线同步电机出入端磁阻力齿槽分量分析

采用有限元法及间接法对PMLSM的动子在出入端时的磁阻力的齿槽分量进行分析.实际物理模型的初级铁心被分解为不含齿槽和包含齿槽但不包括端部的两FEA模型;采用间接法研究PMLSM原始模型及改变PMLSM的端部半填槽槽形后对电机动子在出入端处磁阻力齿槽分量的影响和变化规律.将分析结果与实验数据进行了比较,验证了方法的正确性及有效性,为PMLSM的性能研究及电机设计提供了理论.     

数值解析混合法分析永磁直线同步电机性能

针对数值法或解析法研究永磁直线同步电机(permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)性能时存在的不足,采用数值解析混合法研究PMLSM磁场,把电机的磁场划分区域,针对各区域特点分别采用纯解析法和数值法,气隙区包括永磁体无网格剖分,采用解析法获得此区的磁场解析表达式;初级齿槽区采用有限元法研究电枢不同励磁形式、齿槽及端部半填槽对磁场的影响.解析和有限元法通过两者的边界条件相耦合,建立并求解电机的磁场,获得空载电势与磁链参数,分析工作在SPWM-VI下PMLSM的动态性能,提出PMLSM空载电势实验的一种新方法,仿真和实验结果进行比较分析,验证了数值解析混合法分析PMLSM性能的正确性及快速性.     

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。     

微型永磁直线无刷直流电动机齿槽力优化研究

对微型短初级永磁直线无刷直流电动机进行了优化设计研究,在电机槽数不变的情况下,设计不同的电机绕组分布方式和初级长度内对应永磁体的数目,并进行了齿槽力的分析和研究.利用傅立叶级数得到了齿槽力的谐波和幅值与槽数、极数的关系,并进行了谐波分析.利用有限元方法计算了不同电机模型的齿槽力,仿真结果表明,该电机具有较小的齿槽力和推力脉动.     

一种模拟实测过程的齿槽转矩数值计算方法

为了精确计算与有效削弱齿槽转矩,采用数值仿真技术,提出通过模拟齿槽转矩的标准测量过程来计算永磁电机齿槽转矩的方法,其模型考虑了齿槽效应、铁心饱和以及运动、时变电磁场的影响.计算结果和实验结果吻合,表明该方法是正确、有效的.利用该方法对具有不同极槽数配合的9台永磁直流电动机进行了齿槽转矩的有限元计算,并验证了使极数和槽数的最小公倍数达到最大的极槽配合方案可有效削弱齿槽转矩.     

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。     

基于极弧系数选择的直线电动机法向力波动削弱方法

齿槽效应是直线电动机产生法向力波动的主要原因之一。为削弱齿槽效应产生的法向力波动,本文提出了基于麦克斯韦张量法和和傅里叶分解的解析分析方法,明确给出了在电枢开路的情况下齿槽效应产生的法向力波动的解析表达式。以此为基础,研究了基于不同极弧系数选择对直线电动机法向力波动的影响,并提出了极弧系数对法向力波动的确定方法。通过该方法,可以轻松地确定法向力不同极槽配合下的的最佳极弧系数,进而削弱法向力波动产生的影响,最后经过有限元验证,证明该方法是正确有效的。     

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.     

等间距磁极分段PMLSM磁场及其磁阻力分析

为减小永磁直线同步电机(PMLSM)的磁阻力,提高其稳定运行性能,依据PMLSM结构特点,采用对每极下永磁体等分段后再等间距依次排列方法减小磁阻力.建立磁极分段的解析模型,用解析法计算等间距磁极分段时的气隙磁密,分析分段数与气隙磁密之间的关系.确定合理的磁极分段数与电机齿槽力之间的关系,使不同磁极分段产生的齿槽力相互抵消来减小齿槽力,在此基础上,通过在电枢端部特定位置处添加辅助极铁心方法来补偿端部力.有限元结果分析表明,合理选择分段数可使齿槽力明显减小,且使端部力有一定程度减小,进一步采用辅助极后,很好地消弱了端部力.     

附加槽对圆筒型永磁同步直线电机齿槽力影响研究

为了提高圆筒型永磁同步直线电机在高速加工中心等应用场合的伺服驱动性能,使用专业电磁分析软件Ansoft对圆筒型永磁同步直线电机的齿槽力进行分析。初级齿部加附加槽能在一定程度上减小齿槽力,附加槽的尺寸大小和形状均会对电机的齿槽力产生影响,因此重点对附加槽的最佳尺寸和形状进行了研究。     

永磁直线电动机削弱齿槽力的槽极数配合分析

采用傅里叶分解得到永磁直线电动机齿槽力的解析表达式,在此基础上,研究了减小永磁直线电动机齿槽力的槽极数的最佳配合,并利用有限元软件Ansoft进行了仿真。仿真结果表明:槽极数互质时能有效地减小永磁直线电动机的齿槽力。     

永磁直线同步电机负载突变及稳态振荡特性

永磁直线同步电机(PMLSM)的负载突变时,电机的电流、速度、推力等参数都会发生很大的变化。基于电感矩阵的状态空间变量法分析电机的负载突变特性,很难考虑PMLSM磁路饱和、初级齿槽及初级铁芯有限长等因素。采用状态变量有限元法研究PMLSM负载突变特性,计算PMLSM的负载突变及稳态振荡特性。对计算结果进行分析,实验数据验证仿真结果,并给出合理解释。结果表明,磁阻力的端部分量是影响动子稳态运行速度振荡的主要因素;绕线电阻影响功角曲线,使电机可以工作在第一、第三象限。负载突变特性可为PMLSM的优化设计、控制策略实施、安全运行提供理论基础。     

永磁游标直线电机磁场解析计算

永磁游标直线电机(linear permanent magnet vernier motor,LPMVM)依靠磁场调制原理工作,其电枢开槽引起气隙磁导变化,为考虑齿槽效应的影响,将其气隙磁场等效为无槽气隙磁场与有槽时气隙相对磁导函数共同作用结果。用气隙磁导波法分析其基本工作机理,给出结构关系式。用分层模型法建立无槽LPMVM求解场域矢量磁位解析模型,推导出各区域磁场解析表达式。结合气隙相对磁导函数建立考虑齿槽效应时的LPMVM磁场解析模型,计算出考虑齿槽效应时气隙磁密分布曲线。解析解与有限元解结果表明:无槽时气隙磁密在切向分量和法向分量计算准确,考虑齿槽效应后基于气隙相对磁导函数的磁场解析模型适用于求解气隙磁密法向分量,且主要谐波磁场与永磁体极对数和电枢绕组极对数有关。     

分段式永磁直线同步电动机的磁阻力

针对驱动垂直提升系统的分段式直线同步电动机磁阻力大的问题,利用磁场能量解析分析由于齿槽存在和铁心开断引起的分段式永磁直线同步电动机的磁阻力,建立分段式永磁直线同步电动机的有限元分析模型,分析电机内磁场分布,数值法分别计算电机的齿槽引起磁阻力和由于铁心分段引起的边端磁阻力,解析分析结果与有限元分析结果相一致,在定子绕组不通电的情况下,利用压力传感器实验测试了分段式PMLSM的磁阻力,与有限元计算结果相对比证实了理论分析的正确性.