[發明專利]低推力波動的永磁同步直線電機系統及其參數設計方法

無效

• 申請號: 201310110112.8
• 申請日: 2013-04-01
• 公開（公告）號: CN103227552A
• 公開（公告）日: 2013-07-31
• 發明（設計）人: 唐敦兵;王昌生;臧鐵鋼;周建華;殷磊磊;楊俊;孫競偉;張偉;陸曉春
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明涉及一種低推力波動的永磁同步直線電機系統及其參數設計方法，屬于永磁同步直線電機技術領域。

背景技術

永磁同步直線電機利用高能永磁體（如釹鐵硼材料的永磁體），具有高推力、電氣時間常數小、響應速度快等特點。可將電能直接轉換成直線運動而不需任何中間轉換機構，具有結構簡單、非接觸運行、噪聲低、速度和精度高、維護簡單、可靠性高等優點，目前各種直線電機已在電子制造裝備（如高速貼片機、微封裝平臺）、高速和高精度的數控裝備（如高速加工中心、精密磨床）等領域得到了越來越廣泛的應用。

永磁同步直線電機可以認為是永磁旋轉電機沿其徑向展開形成，因此就形成了其特有的邊端斷開結構，與旋轉電機相比，運行過程中不僅存在類似齒槽轉矩的齒槽力，而且存在邊端斷開所產生的邊端力。在實際運行時齒槽力和邊端力以推力波動表現出來，齒槽力和邊端力的合力即為磁阻力。

永磁同步直線電機的推力波動是其應用方面的主要缺陷之一，因為推力波動是電機振動與噪音產生的原因，特別是在低速運行時，還可能引起共振，從而惡化其伺服運行特性。在直線電機的設計中，減小推力波動是其主要目標之一，常用的方法有：直線電機本體的結構設計和參數的優化，如在初級鐵芯上增加邊齒并設計不同的邊齒形狀、對初級鐵芯的長度進行優化，但是這兩種技術都只能在一定程度上減小磁阻力，并不能完全消除磁阻力的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能不對初級鐵芯本體的結構進行改變的情況下而對永磁同步直線電機的磁阻力進行抵消的低推力波動的永磁同步直線電機系統及其參數設計方法。

一種低推力波動的永磁同步直線電機系統，其特征在于：

該系統由永磁同步直線電機、初級平臺、補償塊組成；

上述永磁同步直線電機包括初級和次級，其中初級由多齒的初級鐵芯和線圈繞組構成，齒高為h，鐵芯厚度a，與次級的氣隙為w，次級由次級鐵芯以及按N、S極交替布置的永磁體構成，永磁體的極距為τ；

上述初級平臺為非磁性材料，上述永磁同步直線電機的初級固定在該初級平臺的一端，上述初級平臺的另一端具有凸臺，上述補償塊固定在該凸臺表面，凸臺高為s，永磁同步直線電機初級與補償塊之間的間隔為d；

上述補償塊為多齒鐵芯結構，其補償塊厚度為a₁、齒數為n、齒長為h₁、氣隙為w₁，n為大于等于2的整數；

上述參數的設計過程如下：

步驟1、測量未添加補償塊時永磁同步直線電機的磁阻力，分析其變化規律，確定磁阻力幅值A和周期τ；

步驟2、設計補償塊參數，具體過程如下：

步驟2-1、令補償塊厚度為a₁等于初級鐵芯厚度a；令補償塊的齒寬等于初級鐵芯的齒寬；

步驟2-2、n取大于等于2的整數，當n為大于等于2的整數時，補償塊磁阻力周期等于永磁同步直線電機的磁阻力周期τ；

步驟2-3、齒長h₁和氣隙w₁根據永磁同步直線電機的磁阻力幅值A確定，其中h₁越大補償塊受的磁阻力幅值越大，w₁越小補償塊受的磁阻力幅值越大，綜合考慮這兩個因素使補償塊的受力幅值接近永磁同步直線電機的磁阻力幅值A；

步驟2-4、初級平臺上的凸臺高s≥0，根據上述參數永磁同步直線電機a、h、w和補償塊參數a₁、h₁、w₁確定，滿足：a+h+w=s+a₁+h₁+w₁；