基于動(dòng)磁式永磁同步直線電機(jī)定位力的研究
黃玉平，吳紅星，洪作光，李立毅
（哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱150001)
摘要：針對永磁同步直線電機(jī)定位力大的缺點(diǎn)，文章分析了動(dòng)磁式永磁i司步電動(dòng)機(jī)的定位力產(chǎn)生的基本原理；借鑒永磁同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)的齒槽力的分析方法，分析了動(dòng)磁式永磁同步直線電機(jī)的端邊效應(yīng)定位力，并得出定位力計(jì)算方法，分析了齒槽定位力，得出了齒槽定位力的****值表達(dá)式，利用軟件建立的永磁同步電機(jī)定位力模型．仿真動(dòng)磁式直線電機(jī)的定位力情況，得出動(dòng)磁式直線電機(jī)邊端定位力很小的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：動(dòng)磁式；永磁直線電機(jī)；定位力
中圖分類號：tm359.4; tm351；tm341 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號：1001-6848（2010）06-0028-04
0引 言
直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能的動(dòng)力裝置，永磁直線電機(jī)的不足之處就是它的定位力比較大。定位力較大會(huì)導(dǎo)致電機(jī)推力產(chǎn)生較大波動(dòng)，惡化電機(jī)的運(yùn)行特性，甚至使電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)與噪聲。本文分析了動(dòng)磁式永磁同步電動(dòng)機(jī)( pmlsm)的定位力產(chǎn)生的基本原理；通過定性的分析邊端定位力，得出pmlsm邊端定位力很小的結(jié)論；借鑒永磁同步旋轉(zhuǎn)電機(jī)的齒槽力的分析方法，分析pmlsm的端邊效應(yīng)定位力，并得出定位力計(jì)算方法，分析了齒槽定位力，得出了齒槽定位力的****值表達(dá)式。
1永磁同步直線電機(jī)推力波動(dòng)因素
系統(tǒng)內(nèi)部擾動(dòng)有如下兒種類型：
齒槽推力波動(dòng)這是由pmlsm動(dòng)子鐵心寫定子磁場相互作用而產(chǎn)生的。在無電樞電流的情況下，動(dòng)子運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于動(dòng)子齒槽的存在或動(dòng)子鐵心磁阻的變化而產(chǎn)生的推力波動(dòng)，就是齒槽推力波動(dòng)。這一推力波動(dòng)是交變的，它與定子的位置有關(guān)，是pmlsm動(dòng)子結(jié)構(gòu)與永磁勵(lì)磁磁場的函數(shù)。
紋波推力擾動(dòng) 在pmlsm中，為產(chǎn)生恒定推力，要求pmlsm動(dòng)子電樞反電動(dòng)勢和由逆變器輸入動(dòng)子電樞的相電流都必須是正弦的。但實(shí)際上，由于動(dòng)子繞組空間分布形狀的非正弦性、永磁體形狀上的原因以及動(dòng)子齒槽的存在，反電動(dòng)勢不可能是正弦的。這樣，必然會(huì)引起推力脈動(dòng)。通常，將這種由反電動(dòng)勢或動(dòng)子電流諧波引起的脈動(dòng)推力稱為紋波推力，紋波推力實(shí)質(zhì)上是由pmlsm定子和動(dòng)子諧波磁場相互作用產(chǎn)生的。
磁阻推力波動(dòng)這是由pmlsm動(dòng)子繞組電流激勵(lì)磁場與定子磁阻變化相互作用而產(chǎn)牛的推力波動(dòng)。在^極pmlsm中定子磁阻變化明顯，表現(xiàn)為動(dòng)子繞
基于動(dòng)磁式永磁同步直線電機(jī)定位力的研究黃玉平，等組自感隨轉(zhuǎn)子位置變化，而對于采用表面凸裝式磁極pmlsm，其磁阻推力波動(dòng)對推力平穩(wěn)性的影響較小。
永磁體磁鏈諧波擾動(dòng) 因?yàn)闇囟鹊淖兓⒂来朋w充磁的不均勻性、電流過載飽和時(shí)的電樞反應(yīng)等等都會(huì)改變永磁體特性，從而導(dǎo)致pmlsm實(shí)際運(yùn)行中f是一個(gè)時(shí)變量。其影響反映在d軸電壓方程式中，即磁鏈
永磁體磁鏈的變化將直接影響到pmlsm輸出推力的平穩(wěn)性，產(chǎn)生諧波擾動(dòng)。
端部效應(yīng)由于鐵心開斷而在氣隙中出現(xiàn)脈振磁場和反向行波磁場的效應(yīng)，稱為第一類縱向邊緣效應(yīng)。當(dāng)直線電動(dòng)機(jī)的動(dòng)子以很高的速度相對于定子運(yùn)動(dòng)時(shí)，在定子的進(jìn)入端和離開端還會(huì)產(chǎn)生磁場畸變。這種類型的磁場畸變稱為第二類縱向邊端效應(yīng)。此外，在扁平型的直線電動(dòng)機(jī)中，當(dāng)電磁氣隙與初級鐵心寬度的比值較大，而次極的寬度又等于初級鐵心寬度時(shí)，則不論有沒有次極的反作用，都必須考慮橫向（即隨著槽的方向）邊緣磁場的削弱，這種效應(yīng)稱為第一類橫向邊緣效應(yīng)，當(dāng)存在次極的反作用時(shí)，橫向磁場的分布還受到次極的寬度及其電導(dǎo)率的影響，此時(shí)的橫向磁場分布的不均勻稱為第二類橫向邊緣效應(yīng)。
電阻變化擾動(dòng)在pmlsm實(shí)際運(yùn)行時(shí)．溫度的變化與磁場的飽和會(huì)導(dǎo)致pmlsm參數(shù)（動(dòng)子電樞電阻、動(dòng)子電樞自感、動(dòng)子電樞互感）發(fā)生變化。這樣，依據(jù)pmlsm額定參數(shù)并按照經(jīng)典控制理論設(shè)計(jì)的調(diào)節(jié)器會(huì)因參數(shù)變化而導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)所需的零、極點(diǎn)對消，從而造成電流閉環(huán)控制性能降低。這不僅影晌pmlsm的動(dòng)態(tài)解耦效果，同時(shí)也不利于永磁直線同步電動(dòng)機(jī)速度閉環(huán)控制性能的提高。
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