[發(fā)明專利]一種基于PWM思想的永磁同步直線電機磁極結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210080756.6
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114513106A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 尚博文;馮光;徐銘銘;孫芊;王鵬;徐恒博;牛榮澤;王倩;李宗峰;張建賓;陳明;謝芮芮;李豐君;董軒;張金帥
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: H02K41/03
• 分類號: H02K41/03
• 代理公司: 北京智繪未來專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11689
• 代理人: 張紅蓮

本申請公開了一種基于PWM思想的永磁同步直線電機磁極結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，包括：通過等面積原理把PWM思想運用到永磁體的磁極結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，設(shè)計得到包括多塊永磁體陣列的永磁同步直線電機磁極結(jié)構(gòu)；所述永磁同步直線電機磁極結(jié)構(gòu)中，使用等面積法來對永磁體構(gòu)成的磁極進行PWM脈寬調(diào)制，PWM脈寬調(diào)制結(jié)果確定每塊永磁體的寬度，多塊寬度不等的永磁體來近似產(chǎn)生一個正弦氣隙磁場，進而達到降低電磁推力波動的目的。本發(fā)明能夠有效減少永磁同步直線電機氣隙磁場諧波含量，提高氣隙磁場正弦度，有效抑制推力波動，解決PMLSM氣隙磁場非正弦這一問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于直線電機技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于PWM思想的永磁同步直線電機磁極結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。

背景技術(shù)

直線電機由于不需要中間傳動機構(gòu)，能夠直接產(chǎn)生直線形式的機械能，沒有中間環(huán)節(jié)的能量損耗，廣泛應(yīng)用于需要直線運動形式的系統(tǒng)。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，直線電機在數(shù)控機床、工業(yè)機器人和工業(yè)自動化領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，永磁同步直線電機(Permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)具有廣泛的應(yīng)用前景。

然而，永磁同步直線電機也存在推力波動大的明顯缺點，阻礙著運動性能的提高和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大。而氣隙磁場含有高次諧波磁導(dǎo)是造成PMLSM電磁推力波動的原因之一，傳統(tǒng)的永磁體排布方式產(chǎn)生的氣隙磁場是非正弦波，會產(chǎn)生大量諧波磁場。因此優(yōu)化次級磁極結(jié)構(gòu)是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本申請?zhí)峁┮环N基于PWM思想的永磁同步直線電機磁極結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，能夠有效減少永磁同步直線電機氣隙磁場諧波含量，提高氣隙磁場正弦度，有效抑制推力波動，解決PMLSM氣隙磁場非正弦這一問題。

為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于PWM思想的永磁同步直線電機磁極結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，通過等面積原理把PWM思想運用到永磁體的磁極結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，設(shè)計得到包括多塊永磁體陣列的永磁同步直線電機磁極結(jié)構(gòu)；

所述永磁同步直線電機磁極結(jié)構(gòu)中，使用等面積法來對永磁體構(gòu)成的磁極進行PWM脈寬調(diào)制，PWM脈寬調(diào)制結(jié)果確定每塊永磁體的寬度，多塊寬度不等的永磁體來近似產(chǎn)生一個正弦氣隙磁場，進而達到降低電磁推力波動的目的。

本發(fā)明進一步包括以下優(yōu)選方案：

優(yōu)選地，所述方法包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)需求分析，確定需要的正弦氣隙磁場波形；

步驟2：考慮永磁體的加工工藝，確定一個極距內(nèi)的永磁體數(shù)量；

步驟3：結(jié)合正弦氣隙磁場波形和永磁體數(shù)量，采用等面積法計算一個波形周期內(nèi)PWM脈沖的寬度；

步驟4：PWM的脈沖寬度作為永磁體的寬度，加工得到對應(yīng)寬度和數(shù)量的永磁體；

步驟5：將加工好的永磁體按照永磁體的寬度，安裝在次級的磁極上，得到基于PWM思想設(shè)計的包括多塊永磁體陣列的永磁同步直線電機磁極結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，步驟1中，所述氣隙磁場波形是指空載條件下由永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場的磁通密度B的波形，為正弦磁場波形。

優(yōu)選地，步驟1中，所述氣隙磁場波形具體通過擬采用的永磁體的剩磁和計算得到的次級結(jié)構(gòu)參數(shù)計算得到。

優(yōu)選地，步驟2中，采用一個周期的正弦波對應(yīng)的PWM脈沖數(shù)量表示一個極距內(nèi)的永磁體數(shù)量。

優(yōu)選地，步驟3中，在采用等面積法時保持PWM脈沖的高度為永磁體的剩磁強度。

優(yōu)選地，步驟3具體為：

假設(shè)需要的正弦氣隙磁場為：

B＝B_m sin(wx) (1)