永磁直线同步电机推力波动的分析与削弱研究
发布时间：2021-12-22 12:32
永磁直线同步电机（Permanent Magnet Linear Synchronous Machine,PMLSM）因其高推力、高速度、高效率、高加速度、高精度等优点,已成功应用于高档数控机床、半导体加工设备、高速物流等行业。本文围绕PMLSM推力波动的分析和削弱进行以下几方面的研究:提出了 PMLSM的虚拟槽周期模型。基于等效磁化强度法、子空间法以及许克变换法,建立了短初级长次级PMLSM的解析模型。解析计算得到了气隙磁场和定位力,通过与有限元分析结果的比较,证明了解析计算结果的准确性。借助有限元分析,将PMLSM的负载推力波动分离成永磁推力波动、磁阻推力波动和负载定位力三个分量,研究了不同负载下各波动分量的变化情况,说明了负载推力波动随电流增大而增大的原因。基于冻结磁导率（FP）原理,提出了一种快速计算PMLSM负载定位力的方法。该方法只需要计算两个PMLSM有限元模型,一个是电流和永磁体共同激励下的有限元模型,另一个是仅电流激励下的有限元模型。通过与文献中已有的两种负载定位力计算方法对比,证明了所提方法能快速有效地预测负载定位力。研究了 PMLSM推力波动削弱的各种方法。通过改...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＤＭＧＤＭＣ８０Ｈｌｉｎｅａｒ卧式加工中心?图１．２?ＳＯＤＩＣＫ?８ＡＬ４００Ｐ电火花线切割机??
１．２?ＰＭＬＳＭ?概述??１．２．１结构和特点??ＰＭＬＳＭ可以看成由对应的永磁旋转同步电机演变而来。如图１．３所示，旋??转电机的定子和转子分别对应直线电机的初級和次级，旋转电机的旋转运动对应??直线电机的直线运动１１１］。在实际应用中，为了保证运动过程中ＰＭＬＳＭ的初级与??次级耦合长度不变，初级和次级的长度一般被制造成不相等。与长初级短次级??ＰＭＬＳＭ相比，短初级长次级ＰＭＬＳＭ在制造成本和运行费用上都有优势，应用??最为广泛。???转子、??圈??图１．３永磁旋转同步电机与ＰＭＬＳＭ结构??Ｆｉｇ．?１．３?Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ?ｍａｇｎｅｔ?ｒｏｔａｒｙ?ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ?ｍｏｔｏｒ?ａｎｄ?ＰＭＬＳＭ．??三相对称正弦电流在ＰＭＬＳＭ的三相绕组中流通时，将会在气隙中产生一个??沿水平方向移动的行波磁场，该行波磁场与永磁体在气隙中产生的磁场相互作用，??３??
均采用水冷方式冷却，最大推力达到２０７００?Ｎ，最大速度达到３７０ｍ／ｍｉｎ。??荷兰Ｔｅｃｎｏｔｉｏｎ公司是光刻机生产商ＡＳＭＬ的精密直线电机供应商，主要生产Ｔ??系列有铁心和Ｕ系列无铁心ＰＭＬＳＭ，图１．４所示的ＴＢＷ系列有铁心直线电机??采用水冷结构，额定输出推力最高达２８５０Ｎ，峰值推力可这到６７５０Ｎ，最大速度??可达１２ｍ／ｓ。美国Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ公司生产的Ｐｌａｔｉｎｕｍ?ＤＤＬ系列有铁心直线电机（见??图１．５）采用了获得专利的抗磁槽效应设计技术，无需偏移永磁体即可获得平稳??的输出推力。Ｐａｒｋｅｒ－Ｔｒｉｌｏｇｙ公司生产的Ｒｉｐｐｅｄ系列有铁心直线电机同样采用了??专利化的防齿槽效应技术，几乎消除了齿槽力，使得有铁心直线电机也可以应用??于以前只能考虑无铁心电机的领域。图１．６所示为Ｐａｒｋｅｒ?ＲＩＰＰＥＤ?Ｒ１６有铁心直??线电机，其持续推力达到了?２２３０?Ｎ，峰值推力达到了?７４３３?Ｎ。图１．７所示为??Ａｅｒｏｔｅｃｈ公司推出的ＡＢＬ１５００型无铁心永磁直线电机，具有无推力波动、高速??响应和高精度的特点。??图】．４?Ｔｅｃｎｏｔｉｏｎ?ＴＢＷ系列直线电机?图１．５?Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ?ＤＤＬ系列直线电机??Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｅｃｎｏｔｉｏｎ’ｓ?ＴＢＷ?ｓｅｒｉｅｓ?Ｆｉｇ．?１．５?Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ’ｓ?ＤＤＬ?ｓｅｒｉｅｓ??ｌｉｎｅａｒ?ｍａｃｈｉｎｅ．?ｌｉｎｅａｒ?ｍａｃｈｉｎｅ．??Ｐｈｏｔｏ?ｆｒｏｍ：?ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｔｅｃｎｏｔｉｏｎ．ｃｏｍ?Ｐｈｏｔｏ?ｆｒｏｍ：?
【参考文献】：
期刊论文
[1]直线电机在制造业中的应用及发展趋势[J]. 王会永,满忠雷,李向男,江守和,董有利,王彬. 电机与控制应用. 2013(03)
[2]每极分数槽永磁直线电机的槽极数配合研究[J]. 卢琴芬,程传莹,叶云岳,方攸同. 中国电机工程学报. 2012(36)
[3]PMLSM推力波动抑制分段斜极方法研究[J]. 蔡炯炯,卢琴芬,刘晓,叶云岳. 浙江大学学报(工学版). 2012(06)
[4]永磁直线同步电机ADRC控制系统[J]. 闫光亚,艾武,陈冰,肖鹏. 电工技术学报. 2011(09)
[5]光刻机技术现状及发展趋势[J]. 彭祎帆,袁波,曹向群. 光学仪器. 2010(04)
[6]永磁同步直线电机推力波动建模与抑制[J]. 张明超,尹文生,朱煜. 清华大学学报(自然科学版). 2010(08)
[7]直线电机在现代机床业中的应用与发展[J]. 叶云岳. 电机技术. 2010(03)
[8]永磁体磁共能的计算方法[J]. 王骞,邹继斌,付兴贺,唐宇. 电工技术学报. 2010(05)
[9]直线电机齿槽推力波动的标定与补偿方法[J]. 穆海华,周云飞,温新,周艳红. 电机与控制学报. 2009(05)
[10]直线电机在超精密加工技术中的应用和发展[J]. 徐昌语,刘勇,张建明,罗松保. 航空精密制造技术. 2009(04)
博士论文
[1]精密运动平台用永磁直线同步电机的磁场分析与电磁力研究[D]. 唐勇斌.哈尔滨工业大学 2014
[2]永磁直线伺服电机及其冷却系统研究[D]. 张玉秋.浙江大学 2013
[3]短时高过载无槽圆筒型永磁直线电机电磁及温升特性研究[D]. 黄旭珍.哈尔滨工业大学 2012
[4]现代直线电机关键控制技术及其应用研究[D]. 王利.浙江大学 2012
[5]永磁同步直线电机磁阻力分析及控制策略研究[D]. 张颖.华中科技大学 2008
[6]高精度永磁直线电机端部效应推力波动及补偿策略研究[D]. 夏加宽.沈阳工业大学 2006
本文编号：3546390
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＤＭＧＤＭＣ８０Ｈｌｉｎｅａｒ卧式加工中心?图１．２?ＳＯＤＩＣＫ?８ＡＬ４００Ｐ电火花线切割机??
１．２?ＰＭＬＳＭ?概述??１．２．１结构和特点??ＰＭＬＳＭ可以看成由对应的永磁旋转同步电机演变而来。如图１．３所示，旋??转电机的定子和转子分别对应直线电机的初級和次级，旋转电机的旋转运动对应??直线电机的直线运动１１１］。在实际应用中，为了保证运动过程中ＰＭＬＳＭ的初级与??次级耦合长度不变，初级和次级的长度一般被制造成不相等。与长初级短次级??ＰＭＬＳＭ相比，短初级长次级ＰＭＬＳＭ在制造成本和运行费用上都有优势，应用??最为广泛。???转子、??圈??图１．３永磁旋转同步电机与ＰＭＬＳＭ结构??Ｆｉｇ．?１．３?Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ?ｍａｇｎｅｔ?ｒｏｔａｒｙ?ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ?ｍｏｔｏｒ?ａｎｄ?ＰＭＬＳＭ．??三相对称正弦电流在ＰＭＬＳＭ的三相绕组中流通时，将会在气隙中产生一个??沿水平方向移动的行波磁场，该行波磁场与永磁体在气隙中产生的磁场相互作用，??３??
均采用水冷方式冷却，最大推力达到２０７００?Ｎ，最大速度达到３７０ｍ／ｍｉｎ。??荷兰Ｔｅｃｎｏｔｉｏｎ公司是光刻机生产商ＡＳＭＬ的精密直线电机供应商，主要生产Ｔ??系列有铁心和Ｕ系列无铁心ＰＭＬＳＭ，图１．４所示的ＴＢＷ系列有铁心直线电机??采用水冷结构，额定输出推力最高达２８５０Ｎ，峰值推力可这到６７５０Ｎ，最大速度??可达１２ｍ／ｓ。美国Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ公司生产的Ｐｌａｔｉｎｕｍ?ＤＤＬ系列有铁心直线电机（见??图１．５）采用了获得专利的抗磁槽效应设计技术，无需偏移永磁体即可获得平稳??的输出推力。Ｐａｒｋｅｒ－Ｔｒｉｌｏｇｙ公司生产的Ｒｉｐｐｅｄ系列有铁心直线电机同样采用了??专利化的防齿槽效应技术，几乎消除了齿槽力，使得有铁心直线电机也可以应用??于以前只能考虑无铁心电机的领域。图１．６所示为Ｐａｒｋｅｒ?ＲＩＰＰＥＤ?Ｒ１６有铁心直??线电机，其持续推力达到了?２２３０?Ｎ，峰值推力达到了?７４３３?Ｎ。图１．７所示为??Ａｅｒｏｔｅｃｈ公司推出的ＡＢＬ１５００型无铁心永磁直线电机，具有无推力波动、高速??响应和高精度的特点。??图】．４?Ｔｅｃｎｏｔｉｏｎ?ＴＢＷ系列直线电机?图１．５?Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ?ＤＤＬ系列直线电机??Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｅｃｎｏｔｉｏｎ’ｓ?ＴＢＷ?ｓｅｒｉｅｓ?Ｆｉｇ．?１．５?Ｋｏｌｌｍｏｒｇｅｎ’ｓ?ＤＤＬ?ｓｅｒｉｅｓ??ｌｉｎｅａｒ?ｍａｃｈｉｎｅ．?ｌｉｎｅａｒ?ｍａｃｈｉｎｅ．??Ｐｈｏｔｏ?ｆｒｏｍ：?ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｔｅｃｎｏｔｉｏｎ．ｃｏｍ?Ｐｈｏｔｏ?ｆｒｏｍ：?
【参考文献】：
期刊论文
[1]直线电机在制造业中的应用及发展趋势[J]. 王会永,满忠雷,李向男,江守和,董有利,王彬. 电机与控制应用. 2013(03)
[2]每极分数槽永磁直线电机的槽极数配合研究[J]. 卢琴芬,程传莹,叶云岳,方攸同. 中国电机工程学报. 2012(36)
[3]PMLSM推力波动抑制分段斜极方法研究[J]. 蔡炯炯,卢琴芬,刘晓,叶云岳. 浙江大学学报(工学版). 2012(06)
[4]永磁直线同步电机ADRC控制系统[J]. 闫光亚,艾武,陈冰,肖鹏. 电工技术学报. 2011(09)
[5]光刻机技术现状及发展趋势[J]. 彭祎帆,袁波,曹向群. 光学仪器. 2010(04)
[6]永磁同步直线电机推力波动建模与抑制[J]. 张明超,尹文生,朱煜. 清华大学学报(自然科学版). 2010(08)
[7]直线电机在现代机床业中的应用与发展[J]. 叶云岳. 电机技术. 2010(03)
[8]永磁体磁共能的计算方法[J]. 王骞,邹继斌,付兴贺,唐宇. 电工技术学报. 2010(05)
[9]直线电机齿槽推力波动的标定与补偿方法[J]. 穆海华,周云飞,温新,周艳红. 电机与控制学报. 2009(05)
[10]直线电机在超精密加工技术中的应用和发展[J]. 徐昌语,刘勇,张建明,罗松保. 航空精密制造技术. 2009(04)
博士论文
[1]精密运动平台用永磁直线同步电机的磁场分析与电磁力研究[D]. 唐勇斌.哈尔滨工业大学 2014
[2]永磁直线伺服电机及其冷却系统研究[D]. 张玉秋.浙江大学 2013
[3]短时高过载无槽圆筒型永磁直线电机电磁及温升特性研究[D]. 黄旭珍.哈尔滨工业大学 2012
[4]现代直线电机关键控制技术及其应用研究[D]. 王利.浙江大学 2012
[5]永磁同步直线电机磁阻力分析及控制策略研究[D]. 张颖.华中科技大学 2008
[6]高精度永磁直线电机端部效应推力波动及补偿策略研究[D]. 夏加宽.沈阳工业大学 2006
本文编号：3546390
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