降低永磁无刷直线电机齿槽推力的参数设计方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种降低永磁无刷直线电机齿槽推力的参数设计方法。
【背景技术】
[0002]对于表面式永磁电机而言，齿槽推力是由于永久磁铁与电磁钢片槽口相对运动时磁能的变化所产生的，此齿槽推力在没有电流激磁下，以手推动或旋转电机便可感觉它的存在。过大的齿槽推力将造成过高的起动电流，甚至无法起动的现象，电机运动中齿槽推力将引起振动及结构的共振，经由联轴器传至负载引发振动产生噪音，并影响定位控制的准确性。
[0003]传统降低电机齿槽推力的方法是采用槽倾斜或磁铁倾斜的方法，这些方法将增加电机绕线的复杂度、充磁的困难，并增加电机制造的成本。目前降低直线电机齿槽推力的方法，有一种使用控制器并通过有限元分析计算位置补偿，将齿槽推力视为外力干扰，引入反馈环节可以消除齿槽推力所造成的不良影响；如罗宏浩提出基于位置闭环反馈的齿槽力补偿控制器，将一个齿槽力周期分为多个区间，然后分段进行线性补偿的简易控制方法，达到精密控制的效果。基本上，这样的处理方式，直线电机的齿槽推力不能太大。还有采用无槽式永磁直线电机，因铁心上无槽，故磁阻几乎维持常数，不产生齿槽推力。但是此种直线电机的功率密度(功率/体积)较小，仅适合轻型负载的应用。
[0004]中国专利申请号201310110112.8的发明专利申请公开了一种低推力波动的永磁同步直线电机系统及其参数设计方法，该系统由永磁同步直线电机初级和次级、补偿块、初级平台组成；其中补偿块由多齿铁芯构成，齿数可由永磁同步直线电机的极距确定，齿长和气隙根据永磁同步直线电机的磁阻力幅值确定，补偿块与永磁同步直线电机初级铁芯之间的距离由永磁同步直线电机的磁阻力的相位确定，补偿块和初级安装在初级平台上。根据永磁同步直线电机初级的磁阻力幅值和相位设计补偿块，使补偿块的磁阻力幅值与初级的磁阻力幅值相等，相位相差π，由两者的磁阻力合力约为0，从而达到磁阻力补偿的目的。
【发明内容】
[0005]本发明提出的降低永磁无刷直线电机齿槽推力的参数设计方法，通过适当的电机参数设计，能有效降低电机的齿槽推力。
[0006]为达到上述目的，本发明采取如下技术方案，永磁无刷直线电机包括动子和定子，动子由多齿的动子铁心和线圈绕组构成，定子由定子铁心和固定在铁心上的永磁体构成，永磁体以极性相反依次设置且成直线排列，参数包括电机额定推力、电机最大推力、电机额定电流、动子槽宽、动子槽数、定子永磁体宽度、动、定子间气隙，参数设计方法如下:根据实际工程需要建立永磁无刷直流直线电机原始模型，对原始模型的上述动子槽宽、动子槽数、定子永磁体宽度及动、定子间气隙四项参数值分别进行变化，按照正交试验的方法，建立至少20个电机初级分析模型，利用有限元软件Ansoft对各电机初级分析模型逐个进行磁路的分析及求解，将磁路分析所得到的解，经整理及绘图，得知各项参数改变与齿槽推力间的关系，挑选影响齿槽推力最明显的参数进行组合，建立两组二级分析模型，进行磁路分析，并和原始模型比较，齿槽推力明显下降的该组参数即是所要找的参数。
[0007]电机原始模型的动子槽宽值W、动子槽数值m、定子永磁体宽度值i，动、定子间气隙值P，通过如下四种架构建立电机初级分析模型:
第一种架构，动子槽数值m、动子永磁体宽度值i和动、定子间气隙值P固定，动子槽宽值在w+n范围内，η为-3至+3之间的整数，动子槽宽选择至少五档尺寸，按照正交试验法，建立至少五个电机初级分析模型；
第二种架构，动子槽宽值W、动子永磁体宽度值i和动、定子间气隙值P固定，动子槽数值在m+6n范围内，η为-4至+2之间的整数，动子槽数选择至少五档尺寸，按照正交试验法，建立至少五个电机初级分析模型；
第三种架构，动子槽数值m、动子槽宽值w和动、定子间气隙值P固定，定子永磁体宽度值i+n毫米范围内，η为-3至+3之间的整数，永磁体宽度选择至少五档尺寸，按照正交试验法，建立至少五个电机初级分析模型；
第四种架构，动子槽数值m、动子槽宽值w和定子永磁体宽度值i固定；动、定子间气隙值为ρ±0.2η，η为-3至+3之间的整数，动、定子间气隙值选择至少五档尺寸，按照正交试验法，建立至少五个电机初级分析模型。
[0008]本发明提出的的降低无轴承永磁直线电机齿槽推力的方法，相比于传统的降低齿槽推力的设计方法具有仿真分析成本较低，可操作性较强优点。
【附图说明】
[0009]图1是本发明示意图。
【具体实施方式】
[0010]实施例1
见图1，本实施例的永磁无刷直线电机包括动子I和定子2，动子I由动子铁心1-1和线圈绕组1-2构成，动子铁心1-1上设有若干齿1-1-1，两齿之间的距离为槽宽。定子2由定子铁心2-1和固定在定子铁心2-1上的永磁体2-2构成，永磁体2-2以极性相反依次设置且成直线排列，动子I固定于支撑架3上，支撑架3设有混合磁轴承4，定子铁心2-1上设有传感器勒板5。
[0011]所述的永磁无刷直线电机的齿槽推力是由定子表面的永久磁铁和转子槽齿间的吸引力所产生的。
[0012]永磁无刷直线电机参数包括电机额定推力、电机最大推力、电机额定电流、动子槽宽W、动子槽数、定子永磁体宽度1、动、定子间气隙P。
[0013]本方法首先根据实际工程需要建立永磁无刷直流直线电机原始模型，本实施例的电机原始模型的参数值如下:电机额定推力1800Ν，电机最大推力3000Ν，电机额定电流20Α，动子槽宽值w是6.1毫米，动子槽数值m是36槽，动子永磁体宽度值i是14毫米，动、定子间气隙值P是0.5毫米，两相邻动子永磁体之间的距离H为2毫米。
[0014]对上述动子槽宽、动子槽数、动子永磁体宽度和动、定子间气隙分别进行变化，按照正交试验的方法，建立电机初级分析模型。本实施例通过如下四种架构建立电机初级分析模型:
第一种架构，变化动子槽宽值。动子槽数36槽、动子永磁体宽度14毫米和动、定子间气隙0.5毫米固定，动子槽宽值在w+n即6.1+η毫米范围内变化，η取-2、_1、0、1、2，动子槽宽