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通过优化直线电动机结构及控制模型抑制推力波动.pdf

  • 上传人:sonypsj
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  • 上传时间:2019-05-21
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    关 键  词:
    通过 优化 直线 电动机 结构 控制 模型 抑制 推力 波动
    资源描述:
    Function Unit功能部件
    通过优化直线电动机结构及控制模型抑制推力波动
    于国丰卞莉
    (德国伊尔梅瑙工业大学,伊尔梅瑙98693)
    摘要:分析直线电动机推力波动产生的原因,列举通过优化直线电动机结构来抑制推力波动的方法;着重
    分析驱动电流对推力平稳性的影响和相应对策。
    关键词:直线电动机磁阻效应端部效应推力波动驱动电流整流驱动模型
    Optimize The Motor Structure and The Controlling Models to
    Minimize The Force Ripple of Linear Motor
    YU Guofeng, BIAN
    Technical University Ilmenau, Iimenau 98693, Germany)
    Abstract: This paper has the aim to analyze the reasons of the force ripple and the solutions against it such as
    structure optimization, the important point lies however on effeet of the driving current on force stationa
    rity and countermeasures
    Keywords Linear Motor; Reluctance Effect; End-effect; Force Ripple; Driving Current; Commutation; Control
    ling Structure
    1直线电动机推力波动产生的原因
    效应引起的推力波动是由于磁力线在初级铁心齿槽中
    分布不均匀造成的。该波动取决于初级齿槽与次级磁
    直线电动机推力波动有多种成因,其中包括由于场的相对位置和铁心开槽形状以及初级齿槽与次级磁
    端部效应和齿槽效应引起的推力波动,直线电动机制极对数的比例等,与电动机驱动电流无关。
    造精度对直线电动机推力输出的影响,以及相电流整1.3制造精度带来的推力波动
    流波形与线圈不匹配而引起直线电动机的推力输出发
    在直线电动机的生产过程中,如果初级线圈不能
    生变化。
    实现电对称,次级永磁体磁性能不一致或贴装精度超
    1.1端部效应带来的推力波动
    差,直线电动机输出的推力也会出现波动。经过对德
    直线电动机端部效应带来的推力波动是与驱动电国某型号直线电动机同瑞土某品牌可比型号直线电动
    流无关的推力波动。当磁力线在直线电动机初级两端机的抽样对比,前者次级永磁体贴装精度在运动方向
    对称分布时,直线电动机初级两端受力平衡,直线电动的平均水平切向公差为0.2mm,而后者为0.5mm。
    机初级处于稳定状态。但该稳定状态取决于直线电动永磁体贴装的水平法向公差和垂直切向公差则因为分
    机初级相对于次级所处的位置,也就是说,直线电动机别直接改变磁距分布和气隙大小而对电动机的推力输
    端部磁力线分布取决于初级相对于次级磁极对磁场分出具有不可忽视的负面影响
    布的相对位置。因而,由于端部效应引起的推力波动1.4驱动电流带来的推力波动
    是初级相对于次级磁场分布的周期性函数,与直线电
    在电动机结构以及制造精度影响电动机推力输出
    动机驱动电流无关。
    平稳性的同时,运动控制和驱动系统也可能带来输出
    1.2磁阻效应带来的推力波动
    推力的波动。
    为提高直线电动机的推力,在电动机设计中,一方
    直线电动机每个通电线圈中产生的推力源于通电
    面在初级中将线圈嵌入开槽的铁心中。另一方面,在线圈产生的磁场和永磁体磁场在电动机气隙间的相互
    次级上贴装具有较高磁性能的钕铁硼永磁体。但输出作用。在铁心达到磁饱和之前,该推力的大小同驱动
    推力提高的同时,由于齿槽效应引起的推力波动也正电流的大小以及工作气隙磁通密度成正比例关系。电
    比例地提高。与端部效应引起的推力波动类似,齿槽动机输出的推力即为各个线圈产生的推力之和。
    ,割走蒸ボれ
    143
    2010年第4期
    功能部件 Function Units
    电动机次级上永磁体的磁极方向是交替变换的,2抑制直线电动机推力波动的方法
    因而这些永磁体在电动机运动方向上形成了一个随时
    间轴恒定,随运动位移轴呈正弦变化的磁场分布。因2.1优化电动机设计
    而,当电动机运动时,初级中的线圈将产生感生电压。
    对于直线电动机的结构优化,可以从直线电动机
    该电压的大小则由取决于位置的磁通密度和电动机运初级,次级以及初次级结合3个角度进行优化。对初
    行速度共同决定。
    级的优化着眼于降低端部效应和齿槽效应造成的磁阻
    在忽略电动机线圈热损耗的情况下,电动机的机分量,可采用优化初级铁心开槽形状以及在初级端部
    械功率和电功率相等,即:
    加装端部配合槽等方法。对次级的优化包括采用永磁
    VFa=a、AiA+Um,aia+U
    体盖板,倾斜永磁体排布等方法降低磁阻突变。以及
    X Uenk,pip, P=(A, B, C)
    (1)通过改变线圈排布,改变槽距与极距比例等同时优化
    而对于电动机的某一个线圈而言,则有
    初次级的方法。每种方法都可在一定程度上显著地抑
    (2)制推力波动。但是,即使同时采用上述方法,也不可能
    变换等式(2)得
    完全消除由于电动机结构带来的推力波动,同时还可
    (3)能提高加工成本及降低电动机有效推力的问题。因
    等式(3)右边可以看做某线圈的电动机常数K。po
    此,目前制造商提供的直线电动机即使采用正弦波相
    当通过电动机线圈的驱动电流波形与推力函数K。,波电流驱动,其输出的推力仍然具有由电动机结构引起
    形一致时,驱动电流将不会引起电动机输出的推力产的波动分量。
    生波动。因而,当电动机线圈保持电对称,同时次级永2.2保证电动机材料品质和制造精度
    磁体在气隙中的磁场随运动方向呈正弦波分布时,电
    通过确保电动机铁心、永磁体的材料品质和产品
    动机感生电压波形应为正弦波。图1为德国某型号电性能的一致性,同时通过使用适合的工装夹具,完善及
    动机输出的感生电压波形。
    严格遵照生产工艺来保证电动机品质。在直线电动机
    设计和制造的过程中,应尽量使直线电动机初级的三
    相线圈保持电对称,同时保证直线电动机次级的永磁
    15:24
    体磁场在电动机初级运动方向上保持正弦波形分布。
    Centronics
    此时的直线电动机运动时产生的感生电压波形应接近
    正弦波形,所产生感生电压的部分高次谐波分量也会
    相互抵消。此时,如果电动机相驱动电流为正弦波形
    HP7558
    TIFF b/y
    由于驱动电流波形所引起的推力波动也将接近为零。
    2.3优化驱动模型
    对直线电动机推力波动的抑制方法中,应着重消
    除引起电动机推力波动的电动机结构性根本原因。然
    58 k5/S
    而基于成本角度考虑,目前制造商提供的电动机在
    258M0
    ロST0PPE0
    定程度上都具有推力波动。参照工程需要,也可以采

    用优化驱动模型的被动补偿方法,甚至在高精度要求
    此时,如果驱动电流波形为正弦波,那么从理论上下可以对每一台电动机及其配套的驱动系统进行整流
    讲,电动机输出的推力将不会出现由于驱动电流引起电流匹配,单独设置驱动参数。这时,不仅仅要考虑电
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