永磁直線伺服電機(jī)及其冷卻系統(tǒng)研究.pdf

1、永磁直線伺服電機(jī)(PMLSM)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，體積小，質(zhì)量輕，推力密度大，效率高，可控性好，運(yùn)行平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為直線伺服系統(tǒng)的主流驅(qū)動(dòng)電機(jī)，而如何提高推力密度和削弱推力波動(dòng)一直是永磁直線伺服電機(jī)領(lǐng)域的兩個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。本文圍繞這兩個(gè)問題，對(duì)兩種常用結(jié)構(gòu)的永磁直線伺服電機(jī)進(jìn)行了深入研究，分別為適用于輕載、快速反應(yīng)、高精度特性要求場(chǎng)合的雙邊空心PMLSM(DAPMLSM)和高負(fù)載、大推力要求場(chǎng)合的單邊水冷PMLSM。
　

2、　首先基于等效磁化強(qiáng)度法建立了PMLSM磁場(chǎng)分布和推力特性解析計(jì)算的統(tǒng)一分層線性模型，適用于不同形狀及分布的永磁體、不同交直流電樞電流及不同繞組分布的PMLSM。
　　其次對(duì)DAPMLSM進(jìn)行了電磁設(shè)計(jì)。推導(dǎo)了空載氣隙磁場(chǎng)解析表達(dá)式，對(duì)其他磁體形狀的DAPMLSM提出了將磁體分成矩形塊再線性疊加的簡(jiǎn)化統(tǒng)一的處理方法，并給出了電機(jī)各參數(shù)的選取原則。指出優(yōu)化空載磁通密度波形可有效降低推力波動(dòng)，提高伺服性能。另外，該類電機(jī)橫向邊緣效應(yīng)較

3、大，會(huì)影響氣隙磁場(chǎng)分布、使空載反電勢(shì)和推力幅值減小，因此定義了橫向漏磁系數(shù)做定量衡量，其主要影響因素為電機(jī)橫向長(zhǎng)度、氣隙高度和永磁體厚度。實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的測(cè)量結(jié)果驗(yàn)證了解析模型和有限元分析的可信性。
　　再次，針對(duì)單邊水冷PMLSM首先對(duì)其進(jìn)行了電磁設(shè)計(jì)，研究了鐵心端部磁場(chǎng)的分布特點(diǎn);綜合運(yùn)用多種措施有效降低了磁阻力。在建立的直線電機(jī)對(duì)拖平臺(tái)上測(cè)量了樣機(jī)的空載與負(fù)載往復(fù)運(yùn)動(dòng)特性，證明了樣機(jī)具有較好的伺服性能。
　　最后，重點(diǎn)分析了

4、其熱特性并設(shè)計(jì)了合理的水冷系統(tǒng)，大幅度提高了電磁負(fù)荷與推力密度。在損耗計(jì)算的基礎(chǔ)上，建立了三維溫度管流耦合場(chǎng)模型，運(yùn)算速度快，且可綜合考慮修正熱源、接觸熱阻、初次級(jí)間熱傳遞、水流流動(dòng)和冷卻等方面對(duì)電機(jī)溫度分布的影響。研究了無水冷和有水冷時(shí)不同工況下的熱特性，得出最大允許負(fù)載電流和最大工作時(shí)間，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)提供指導(dǎo)?？偨Y(jié)了PMLSM水冷系統(tǒng)參數(shù)和水道的設(shè)計(jì)原則。附加水冷系統(tǒng)后，在同樣的溫升限值下，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的最大推力密度提高為無水冷時(shí)的2.