永磁直线同步电机磁阻力优化中文翻译

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,Fend和Fslot，以及在此基础上的物理结构。因此,相应的设计方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Fend的成分可明显降低。Fslot组件可有效降低偏斜和选择的方法,合适的宽度的磁场,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??2AZ?1??2AZ??2???2????J0?Jm? （1） ???x????y?Az是Z元件的磁向量势，μ是渗透性，j0激发电流密度，牙买加是当量附磁永久磁铁的电流密度。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 μ0, 永磁(PM)磁化电流密度的可以表示为：

Jm?1?0??M， （2）

M是PM磁化强度, 可采用等效磁化电流（EMC）表示如下,

M?x???1?2n?1????cos2n?1?x?， （3）

sin???????0n?2n?12???4Br?μ0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：

Fx??????B2?B2??2nBB?dl， （4） nx?y?yxy????x???2?0?lFy???l???2?B2???2nBB?dl， （5） ny?By?xxy??x????2?0?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 磁阻力的分析

磁阻力由Fend和Fslot两部分内容构成如图1所示。

Fend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，Fend因此而产生。Fend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。 Fslot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Fend和Fslot之和,如图6。

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 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。

3.1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δ1= 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

3.2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τs(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

Np??2?x?Fslot???Fm,nsin?m??m,n? （6）

??s?n?1m?1在x代表光标位置沿x轴; Fm,n是第m个谐波振幅，

角αm，n表示第n次谐波极

永磁直线同步电动机因此，由（6）可得，

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, 的二级永磁体倾斜角为δ2永磁体的数学模型和二次中与δ2磁场。磁铁倾斜齿槽力为

1?21Np??2?2?m?Fslot??Fcog?x?dx?Fm,nsin?x??m,n?dx （7） ???20?2n?1m?1?0??s?当δ2 =τs、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δ3分段长度作为磁铁,在最优的给出δ3价值= 1Nsδ2 = 1Nsτs。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δ3 = = 0.5τ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?m,n，第n个极点一般作为一个参考的初始相

位角函数极点，可得

?m,n??m,0?2?nqp （8）

qp是每极槽数如果qp是一个整数, 总齿槽力是一个单极造成的齿槽力的Np倍。如果qp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 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),δ3轴的分割磁铁(= 4毫米),和采用分数槽(τs = 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扰动。

图16.所示实验绘出磁阻力减小

图.17 实验结果

5 结论

磁阻力可分为两个组成,利用大型有限元分析了Fend和Fslot。因此,相应的建设性的优化方法应用以抵消了负面影响磁作用力的原型的几何形状通过优化长度和形状的结束主要的电枢,磁阻力成分Fend可明显降低。Fslot可有效降低偏斜而采取的合适手段实验结果显示，有限元分析结果表明，磁阻力可以通过上述方法减少。

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