一种动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法技术

一种动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法，涉及一种独立绕组永磁同步直线电机，为了解决现有的谐波注入法无法解决靠近端部的绕组反电势发生畸变，导致动态性能和定位精度变差的问题。本发明专利技术选取初级与电机次级完全耦合且不与次级端部相对应区域的绕组作为补偿绕组；并通入补偿电流；补偿电流的求解公式为：其中，i

【技术实现步骤摘要】
一种动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法


[0001]本专利技术涉及一种独立绕组永磁同步直线电机。

技术介绍

[0002]在有铁芯永磁直线同步电机中，由于初级铁芯两端断裂，端部的气隙磁场发生畸变，产生纵向端部效应；此外，与旋转电机类似，有铁芯永磁直线同步电机气隙磁场分布会在铁芯开槽处发生变化，即所谓的齿槽效应；通常，这种由端部效应与齿槽效应带来磁路磁阻变化的推力波动，称之为定位力或磁阻力；定位力表征了永磁同步直线电机的一项基本性能指标，是直线电机固有的特性，其大小和方向与电机运行状况无关；这两种直线电机推力波动的主要成分降低了直线电机的动态性能和定位精度，是直线电机本体设计和驱动控制优化的目标；为了降低电机输出的推力波动，通常采用电枢绕组通入谐波补偿推力波动，该方法将所有绕组中通入相同的电流谐波，产生的补偿推力将推力波动分量补偿，达到降低电机输出推力波动的目的；然而由于端部效应的存在，靠近端部的绕组反电势发生畸变，现有的谐波注入法不能产生理想的补偿力。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决现有的谐波注入法无法解决靠近端部的绕组反电势发生畸变，导致动态性能和定位精度变差的问题，提出了一种动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法。
[0004]本专利技术所述的一种动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法包括以下步骤：
[0005]步骤一、选取初级与电机次级完全耦合且不与次级端部相对应区域的绕组作为补偿绕组；
[0006]步骤二、将步骤一中选取的补偿绕组通入补偿电流；<br/>[0007]所述补偿电流的求解公式为：
[0008][0009]其中，i
c
表示补偿绕组通入的补偿电流，E
sum
表示所有补偿绕组空载反电势的和，F
end
表示电机次级端部效应力，F
H
表示电机的纹波推力，F
T
表示电机的齿槽力。
[0010]本专利技术的有益效果为：采用了本专利技术的优化设计方法，电机的推力波动幅值从未采用的5.027N降到了0.693N；极大的改善了电机的动态性能和定位精度。
附图说明
[0011]图1为具体实施方式一中针对4极3槽长定子永磁同步直线电机的补偿绕组的补偿位置选取示意图；(a)表示4极3槽长定子永磁同步直线电机处于初次级完全耦合的状态，(b)表示4极3槽长定子永磁同步直线电机处于初过渡阶段；
[0012]图2为具体实施方式一中针对8极7槽长定子永磁同步直线电机的补偿绕组的补偿
位置选取示意图；(a)表示8极7槽长定子永磁同步直线电机完全耦合状态，(b)表示8极7槽长定子永磁同步直线电机处于不完全耦合状态；
[0013]图3为采用具体实施方式一中所述的动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法补偿后的推力波动对比图；其中，虚线代表无补偿时，电机输出的推力图；虚实线代表采用具体实施方式一中所述的动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法补偿后，电机输出的推力图；
[0014]图4为具体实施方式一中针对无槽独立绕组直线电机补偿绕组的补偿位置选取示意图；其中，(a)表示初次极匹配状态，(b)表示初次极不匹配状态；图中，1为次级铁轭；2为初级铁轭；3为绕组；4为永磁体；
[0015]图5为具体实施方式一中针对有槽独立绕组直线电机补偿绕组的补偿位置选取示意图；其中，(a)表示初次极匹配状态，(b)表示初次极不匹配状态；
[0016]图6为具体实施方式一中针对有槽多相独立绕组直线电机补偿绕组的补偿位置选取示意图；其中，(a)表示初次极匹配状态，(b)表示初次极不匹配状态。
具体实施方式
[0017]具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述的一种动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法，该波动补偿方法包括以下步骤：
[0018]步骤一、选取初级与电机次级完全耦合且不与次级端部相对应区域的绕组作为补偿绕组；
[0019]步骤二、将步骤一中选取的补偿绕组通入补偿电流；
[0020]所述补偿电流的求解公式为：
[0021][0022]其中，i
c
表示补偿绕组通入的补偿电流，E
sum
表示所有补偿绕组空载反电势的和，F
end
表示电机次级端部效应力，F
H
表示电机的纹波推力，F
T
表示电机的齿槽力。
[0023]在本实施方式中，由于补偿绕组切换策略的提出，E
sum
不存在过零点，补偿绕组可以一直补偿推力波动。利用maxwell2D得到有限元仿真结果对比图如图3所示，采用了本专利技术的优化设计方法，电机的推力波动幅值从未采用的5.027N降到了0.693N。
[0024]优选实施例中，步骤一中所述的电机为动磁式独立绕组直线电机；
[0025]所述动磁式独立绕组直线电机定子绕组的每个线圈配备一个驱动电路，线圈之间独立控制；仅对某几个绕组进行电流补偿。
[0026]优选实施例中，针对4极3槽长定子永磁同步直线电机，4个极距对应3个绕组宽度；补偿绕组选择与次级完全耦合的绕组，即长定子永磁同步直线电机处于初次级完全耦合的状态时，补偿绕组选择4号绕组；长定子永磁同步直线电机处于初过渡阶段时，补偿绕组选择4号绕组和5号绕组，其中绕组的序号从左到右由1号开始依次排列。
[0027]在本实施方式中，对于动磁式独立绕组直线电机，定子绕组每个线圈配备一个驱动电路，线圈之间可以独立控制互不影响。所以可以仅对某几个绕组进行电流补偿。对于补偿绕组的选择，遵循绕组反电势畸变的规律。对于长定子永磁同步直线电机，在设计时次级与初级尺寸相互匹配，以4极3槽电机为例，4个极距对应3个绕组宽度。但在电机运行过程中
会出现两端的线圈部分耦合次级，造成端部线圈反电势的变化。此外，次级端部产生的端部效应也会对端部绕组的反电势造成畸变。所以补偿绕组应该选择与次级完全耦合的绕组；以图1为例，对于图1(a)，电机处于初次级完全耦合的状态，3号和5号绕组位于次级端部区域，反电势会发生畸变，所以补偿绕组选择4号绕组；对于图1(b)，电机处于3号和6号绕组的过渡阶段，3号和6号绕组与次级部分耦合，含有反电势谐波，所以选择4号和5号绕组作为补偿绕组。
[0028]优选实施例中，在动磁式独立绕组直线电机的极对数大于2时，补偿绕组选择相邻的两个线圈。
[0029]优选实施例中，针对8极7槽长定子永磁同步直线电机，4号绕组至7号绕组均处于完全耦合状态，补偿绕组选择5号绕组和6号绕组，随着8极7槽长定子永磁同步直线电机的运行，5号绕组反电势存在零点，即当5号绕组经过反电势零点切换为7号绕组；6号绕组经过反电势零点切换为8号绕组，其中绕组的序号从左到右由1号开始依次排列。
[0030]在本实施方式中，对于极对数较多的动磁式独立绕组直线电机，补偿绕组可以选择相邻的两个线圈；以图2为例，电机处于初次级完全耦合的状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法，其特征在于，该波动补偿方法包括以下步骤：步骤一、选取初级与电机次级完全耦合且不与次级端部相对应区域的绕组作为补偿绕组；步骤二、将步骤一中选取的补偿绕组通入补偿电流；所述补偿电流的求解公式为：其中，i
c
表示补偿绕组通入的补偿电流，E
sum
表示所有补偿绕组空载反电势的和，F
end
表示电机次级端部效应力，F
H
表示电机的纹波推力，F
T
表示电机的齿槽力。2.根据权利要求1所述的一种动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法，其特征在于，步骤一中所述的电机为动磁式独立绕组直线电机；所述动磁式独立绕组直线电机定子绕组的每个线圈配备一个驱动电路，线圈之间独立控制。3.根据权利要求1所述的一种动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法，其特征在于，针对4极3槽长定子永磁同步直线电机，4个极距对应3个绕组宽度；补偿绕组选择与次级完全耦合的绕组，即长定子永磁同步直线电机处于初次级完全耦合的状态时，补偿绕组选择4号绕组；长定子永磁同步直线电机处于初过渡阶段时，补偿绕组选择4号绕组和5号绕组，其中绕组的序号从左到右由1号开始依次排列。4.根据权利要求1所述的一种动磁式独立绕组直线电机推力波动补偿方法，其特征在于，在动磁式独立绕组直线电机的极对数大于2时，补...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明义，孙钦伟，张成明，刘迎珍，李立毅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：