永磁直线同步电机磁阻力优化中文翻译.doc

永磁直线同步电机磁阻力优化的设计 介绍 永磁直线同步电动机(PMLSM)提出了一种许多适合从微型电子设备到磁浮置运输的高 精密，快速的应用。它提供高力密度，低热损失，高动态性能，高的位置精度与很好的准 度。然而，PMLSM 现在的一个重大缺陷在于电机磁阻力产生磁吸引主要的衔铁，安装在永久 磁铁与次要衔铁之间。试图维持磁阻力之间对齐的初级电枢及永久磁铁磁阻力的波动,导致 磁阻力纹波,振动和噪声的控制特点, 恶化速度控制的控制特性及位置控制。因此,电机磁 阻力降低,在永磁直线同步电机里是一个重要的数学模型。 本文分为两部分内容,和，以及在此基础上的物理结构。因此,相应的设计方endFslotF 法在该原型的几何形状上应用到抵消负面的磁作用力的影响。通过优化长度和形状的结束 主要的电枢,磁阻力的成分可明显降低。组件可有效降低偏斜和选择的方法,合适的endFslotF 宽度的磁场,采用分数槽的主要的示意图。还原的方法以上分析,利用有限元方法(FEM)。实 验结果表明,通过该方法，该制动器力量可以大大降低了. 1 1 分析方法分析方法 在本文中,有限元法是用于分析了永磁直线同步电机的磁场分布。这物理模型的一个 简短的主要 PMLSM 在我们的实验室图 1 中显示。它由一个短的初选电枢与槽和长二次定子 安装在永久磁铁。multi-poles 磁字段是由一个数组的永久磁铁和那个令人兴奋的电流的参 数。数学模型和原型的见表 1。这对特征方程的有限元分析,给出了 （1） 22 0 22 11ZZ m AA JJ xy 是 Z 元件的磁向量势， 是渗透性，j0 激发电流密度，牙买加是当量附磁永久磁 zA 铁的电流密度。分量的向量电磁场的潜力,是渗透率、J0 是令人兴奋的电流密度和穆帅等效 磁化电流永久磁铁的密度。 图1物理模型的数学模型 表1 PMLSM数学模型的参数 由于钕铁硼磁体的特点是基本为线性, 加之反冲力渗透率非常接近 0, 永磁(PM)磁化电流密度的可以表示为： ， （2） 0 1 mJM M 是 PM 磁化强度, 可采用等效磁化电流（EMC）表示如下, ， （3） 0 2141 sincos 21 212 r n nBx M xn n 0 是空气的渗透性、Br 是剩余磁化钕铁硼磁体。PMLSM 的力用麦克斯韦应力张量计 算。水平磁阻力的 Fx 和正常的力 Fy 计算如下： ， （4） 0 22 2 2 l FnBBn B Bdl xxyy x y x A ， （5） 0 22 2 2 l FnBBn B Bdl yyyx x y x A L 是的集成途经,nx 和 ny 是单位通过定向向量、Bx 和 By 是助焊剂密度，w 是主要的 堆栈的宽度。 当初级绕组不存在时,水平磁阻力 Fx 表现为生成主要电枢和次级永久磁体的磁阻力。 通过有限元模拟方法,分析磁阻力相对运动主要电枢和永久磁体。图 2 显示了有限元分析的 流程图。 图2 .有限元分析的流程图 2 2 磁阻力的分析磁阻力的分析 磁阻力由和两部分内容构成如图 1 所示。 endFslotF 产生于突变的磁导率的结束部分主要电枢，由于有限长度的电枢,是 PMLSM 特有的 endF 缺点。这个组件的原因可以用图 3 来说明，以显示在两个不同位置的二维流图。 这说明了储存的能量在主要电枢和不同位置的磁铁之间的一个改变，因此，因此 endF 而产生。是被主电枢的长度和最终形状约束，随之间的主骨架和永久磁铁结束的相对位 endF 置，并拥有一个极距的波长。它可以通过有限元法模型计算所示，如图 3，忽略齿槽效应。 产生自齿槽的存在和主电枢产生的主要和次要磁铁之间的气隙磁导的波动，因 slotF 此它通常被简单的称为“齿槽力“。该齿槽力波形周期超过一槽间距。这个计算有限元模 型如图 4, 电枢是延长与齿槽的比例，以及电磁边界的加强。 图3的流量分布在不同的位置(= 0表示零磁势) 图4计算有限元模型的齿槽力 总磁阻装置受力计算的有限元法模型如图 5。在磁阻力是和之和,如图 6。 endFslotF 图5.计算有限元模型的总磁阻力 位移/ mm 总磁阻力 齿槽定位力 结束力 图6.的计算结果总磁阻力 3 3 磁阻力的降低磁阻力的降低 在永磁直线同步电动机中，磁阻力分为两部分。第一,所产生的效果, 通过调整，可 减少肢体的长度和初级电枢。另一个源自插齿的主电枢，并通常被称为“开槽效应”。不 同的技术是被用来降低开槽效应,即, 不同的宽度和倾斜的永磁磁铁，并采用分形槽。有限 元法用于预测制动磁阻力波动时，上述方法单独实施。 3.13.1 减少端部效应减少端部效应 在两个不同的主磁极的磁阻力波动图 7 所示。磁阻力最低时发生的主要电枢长度 为 146 毫米，制动力量比原模型降低 32这表明,永磁直线同步电机的端部效应是磁阻力波 动产生的主要原因。因此,适当的定子的长度可以最大限度地有效减少所引起的磁阻力波动。 位移/ mm L=132mm L=144mm L=146mm L=148mm 图7所引起的磁阻力与不同一次长度 通过有限元法模拟的方法,偏斜的两端主电枢可降低引起的磁阻力，然而,永磁直线同 步电机产生的磁阻力没有减少。图 8 显示主电枢是如何倾斜的。结果，磁阻力波动从 29 N 降到 20 N，当电枢倾斜 1= 8 毫米时，如图 9 所示从根本上说,端部效应是由突变的磁导 率的最后的部分产生的。因此，相对平稳的电枢结构可用于减小磁阻力波动。图 10 显示主 电枢最后部分的形状的变化如何被执行的。因此，磁阻力波动进一步降低。然而，它导致 磁阻力波动在加工过程中增加。 图.8适于永磁交流同步直线电机的电枢建设倾斜 如图9所引起的磁阻力与倾斜的初选 图10.最终的形状,图优化数学模型 3.23.2减少开槽的效果减少开槽的效果 通过几个有限元模拟发现，该磁铁的宽度修改可能导致的齿槽力变化。图 11 显示了 具有不同宽度的齿槽磁铁的磁阻力波动，齿槽力和计算在两磁极的位移之间的最高值和最 低值的不同。结果表明,最优长度的点满足方程 s(n + 0.25)，n 为整数。 图.11齿槽定位力随不同的磁铁的宽度 因此,齿槽力可因每一个点表示,通过一个傅里叶级数展开。永磁直线同步电机的总齿 槽力可以表示为每个磁极的总和 （6）, 2 sin 11 Np slotm nm n s x FFm nm 在 x 代表光标位置沿 x 轴; 是第 m 个谐波振幅，角 m，n 表示第 n 次谐波 ,m nF 极 m 个初始相位角，NP 是永磁数量。为了消除齿槽转矩的有效利用率, 永磁直线同步电 动机的二级永磁体倾斜角为 2 永磁体的数学模型和二次中与 2 磁场。因此，由（6） 可得，磁铁倾斜齿槽力为 （7） 22 , 22 112 sin 00 11 p slotcogm nm n s N m FFx dxFxdx nm 当 2 =s、齿槽力是完全除去的,如图 12 所示。但是,偏斜的磁铁在制备过程中带 来的困难的,也就是说,使自动槽填充几乎是不可能的。为了使制造的过程简便,磁铁的偏斜 过程可以取代通过 Ns 的磁体分段式喷头,如图所示图 13(b)。Ns 步骤之间的位移来表示 3 分段长度作为磁铁,在最优的给出 3 价值= 1Ns2 = 1Nss。齿槽力根据磁体分段式 波纹建设通过 Ns = 2 所显示的是 Fig.14 模块。它可以看过那齿槽力有其最小值 3 = = 0.5 约 4 毫米,与以上分析的结果一致。 图.12齿槽定位的力量与磁铁的偏斜 图.13倾斜的磁铁素描 图.14齿槽定位的力量与磁铁部分 事实上,在(6)中, 它有助于表示角度，第 n 个极点一般作为一个参考的初始相 ,m n 位角函数极点，可得 （8） , 02m nmpnq 是每极槽数如果是一个整数, 总齿槽力是一个单极造成的齿槽力的倍。如果 pqpq pN 不是一个整数, 这个各向异性电枢被称为“分时段”。 各极的磁阻力波不同，然后由 pq 此产生的齿槽力较低，这可以通过图 15 确认。 图15.齿槽力以分数在不致引起误解的 4 4 实验测试和分析实验测试和分析 为了验证的有效性,分析磁力预测模型和算法的有效性降低方法,提出了一种实验设置 16 所示设计了测量永磁直线同步电动机的磁阻力。虽然最后的方法优化的形状主要有助于 减少,它有它的缺点，即对制备过程中上升的难度。因此,永磁直线同步电动机的原型进行 了改进通过对混合料的技术的选择适当的长度的主要电枢(L =146 毫米),优化磁铁宽(w = 26 毫米),3 轴的分割磁铁(= 4 毫米),和采用分数槽(s = 7 毫米)。这个永磁直线同步 电机速度恒定。位移信号通过线性刻度达到,磁阻力通过实时测量。图 17 显示了原型制动 推力波动和优化的永磁直线同步电机。结果表明,通过提出了一种从50 N 对10 n 减少 其变化范围可明显降低磁阻力波动。实验结果从不同方面进行了有限元分析。这是由于永 磁直线同步电动机的摩擦