直線(xiàn)電機產(chǎn)生推力波動(dòng)的原因及改善方案

一、直線(xiàn)電機產(chǎn)生的推力波動(dòng)危害

　　直線(xiàn)電機產(chǎn)生的推力波動(dòng)是其應用方面的主要缺陷之一。推力波動(dòng)會(huì )引起震動(dòng)和噪聲，在低速運行時(shí)，電機可能發(fā)生共振，運行特性惡化。

　　紋波擾動(dòng)、摩擦擾動(dòng)、負載阻力變化、端部效應、負載阻力變化、電流時(shí)滯諧波、磁阻推力波動(dòng)等都是直線(xiàn)電機產(chǎn)生推力波動(dòng)的重要因素。因此，對直線(xiàn)電機的推力波動(dòng)特性進(jìn)行精準測試時(shí)非常重要的。

直線(xiàn)電機是一種將電能直接轉換成直線(xiàn)運動(dòng)機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動(dòng)裝置。直線(xiàn)電機對外輸出的量主要是推力，這也是直線(xiàn)電機和旋轉電機的重要的不同點(diǎn)之一。推力對于直線(xiàn)電機的重要性可以與力矩對于旋轉電機的重要性相媲美。由于直線(xiàn)電機的理論、設計、制造和負載及干擾等諸多方面的原因，直線(xiàn)電機必然存在推力波動(dòng)。推力波動(dòng)能夠反映直線(xiàn)電機的運行是否平穩，因此，推力波動(dòng)是直線(xiàn)電機檢測的關(guān)鍵指標參數，下面本文主要介紹推力波動(dòng)測試方法。

1.常規直線(xiàn)電機推力波動(dòng)測試方法

常見(jiàn)的推力波動(dòng)測試系統是使用由滾珠絲杠和直線(xiàn)電機分別拖動(dòng)的拖板，共軸對拖來(lái)測試推力波動(dòng)。這種旋轉電機通過(guò)滾珠絲杠連接直線(xiàn)電機的方法，使機械連接機構的干擾也不可避免的進(jìn)入了波動(dòng)的檢測結果中，導致試驗結果往往與預期的有可觀(guān)的偏差。

2.新型直線(xiàn)電機推力波動(dòng)測試解決方案

新型波動(dòng)測試解決方案是同一導軌上采用兩個(gè)同型號直線(xiàn)電機互為負載，通過(guò)對合適條件下所采集的推力信號進(jìn)行數據處理，最終得到被測直線(xiàn)電機的推力特性。

由于被測直線(xiàn)電機與陪試直線(xiàn)電機的電氣性能和機械性能相同，此方法避免了旋轉電機運行時(shí)引入的轉矩波動(dòng)，而且用簡(jiǎn)單的連接裝置替代滾珠絲杠，提升了傳遞效率。通過(guò)運用合適的控制檢測方法，使兩個(gè)電機疊加后的波動(dòng)處于相同相位下，進(jìn)而得到被測電機的推力波動(dòng)。

檢測系統主要由被測直線(xiàn)電機、陪試直線(xiàn)電機、驅動(dòng)系統、位置速度檢測裝置、力特性檢測裝置以及數據采集處理模塊組成，試驗中通過(guò)固定與連接機構調節兩個(gè)直線(xiàn)電機到達待測位置(合適的相對位置，推力呈現比較明顯的正弦波形)，在直線(xiàn)電機的電樞中通電，陪試電機設定為速度環(huán)模式，拉動(dòng)被測電機運行一段距離。通過(guò)力傳感器就可以計算對應的位置和速度條件下直線(xiàn)電機所對應的推力，此時(shí)推力波動(dòng)為兩個(gè)直線(xiàn)電機推力的疊加。通過(guò)對采集的推力數據進(jìn)行分析處理，可以得到被測直線(xiàn)電機的推力波形，從而求得推力平均值以及推力波動(dòng)百分比。

推力波動(dòng)的抑制方法減小推力波動(dòng)的電機設計技術(shù)中常用的抑制推力波動(dòng)的措施有：

 

1，斜槽（斜磁）技術(shù)

 

通過(guò)傾斜動(dòng)子槽或定子永磁體，可以減小相對于定子的磁阻變化，從而有效地減小齒槽推力波動(dòng) !

 

2，改變動(dòng)子結構設計

 

3，改進(jìn)定子磁極的設計

 

通過(guò)合理調整磁極間的相對位置，使永磁塊在定子磁極中成不對稱(chēng)排布，均能消除或減小波動(dòng)推力的諧波成分；

 

4，減小推力波動(dòng)的控制策略；

 

理論上電動(dòng)機優(yōu)化設計可以減小甚至完全消除! 但實(shí)際中由于優(yōu)化設計方法的局限性，加工手段、成本、及應用環(huán)境的制約，經(jīng)優(yōu)化設計的 直線(xiàn)電機 仍存在推力波動(dòng)，需采用相應的控制技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高其推力性能 ! 目前常用的措施有：

 

改善功率逆變器的性能

 

優(yōu)化動(dòng)子電流波形

 

實(shí)現對推力的閉環(huán)控制

 

速度外環(huán)的控制策略

 

但在高精度微進(jìn)給的數控機床伺服驅動(dòng)系統中，除了直接針對推力波動(dòng)進(jìn)行補償和控制外，還在直線(xiàn)伺服系統的速度外環(huán)采取一些有效的控制策略來(lái)抑制推力波動(dòng)對速度伺服性能的影響 !