非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构及设计方法技术
Excitation structure and design method of non-uniform block type permanent magnet linear synchronous motor
The invention provides a non uniform block topology structure of permanent magnet linear synchronous motor excitation, including secondary magnetic yoke, secondary magnetic yoke is provided with a permanent magnet, a permanent magnet pole to N pole and S pole are arranged alternately; each pole permanent magnet with non uniform block structure, between adjacent permanent magnet block by block separated by magnetic separation. At each pole, the width of each block of permanent magnet decreases from middle to both ends according to geometric sequence. The permanent magnet adopts non-uniform even even block topology or non-uniform odd block topological structure. The invention also provides the design method of the excitation topology structure of the uniform block type permanent magnet linear synchronous motor. With the improvement of the air gap flux density sinusoidal non-uniform block type topology, the output voltage harmonic content is small, the electromagnetic force wave, the characteristics of the motor stable operation; the invention adopts orthogonal optimization method to design variables and the optimal interval, by the constraints of the obtained optimal solution, optimization algorithm is simple and reliable; high speed, high precision.
【技术实现步骤摘要】
非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构及设计方法
本专利技术属于永磁直线电机优化设计
，涉及一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构及其优化设计方法。
技术介绍
近年来，由于现代精密制造业、微电子制造业等行业的飞速发展，对现代数控机床提出了“高加速度、高速、高精度”的多重要求。采用永磁同步直线电机(PMLSM)来直接驱动是实现数控机床高加速度、高速、高精度的必要途径之一。目前，对于一般永磁电机的设计变量优化主要是根据电机性能要求以及尺寸功率方程来确定设计变量的初始值，然后依据设计经验和参考文献选取设计变量优化区间。然而，现有的永磁同步直线电机还存在如下问题：1、其固有的推力波动削弱方法，在降低推力波动的同时，也减低了电机的功率密度，影响电机系统的性能，削弱了其在工程应用中的优势。2、与旋转电机相比，永磁同步直线电机更容易产生热量，电机的气隙间隙较小，初级绕组所产生的热量易传导到永磁体上，使得永磁体工作温度比较高。长期运行甚至可能造成电机绝缘的破坏、电机最大额定推力减小、过载能力小等问题。3、在永磁电机分块技术优化设计中，当设计变量和约束条件数量较多，而...
【技术保护点】
一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构，其特征在于：包括次级磁轭(3)，次级磁轭(3)上设有永磁体(7)，一个极距内永磁体(7)以N极、S极交替排列；其特征在于：每极下永磁体(7)采用非均匀分块结构，相邻永磁体块之间通过隔磁块(6)隔开。
【技术特征摘要】
1.一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构，其特征在于：包括次级磁轭(3)，次级磁轭(3)上设有永磁体(7)，一个极距内永磁体(7)以N极、S极交替排列；其特征在于：每极下永磁体(7)采用非均匀分块结构，相邻永磁体块之间通过隔磁块(6)隔开。2.如权利要求1所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构，其特征在于：每极下各块永磁体块的宽度由中间向两端依次递减。3.如权利要求2所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构，其特征在于：每极下各块永磁体块的宽度由中间向两端按等比数列依次递减。4.如权利要求2或3所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构，其特征在于：所述永磁体(7)采用非均匀奇数分块拓扑结构，即：每极下，最中间的一块永磁体块的宽度最大，由中间向两端各块永磁体块的宽度依次递减。5.如权利要求2或3所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构，其特征在于：所述永磁体(7)采用非均匀偶数分块拓扑结构，即：每极下，最中间的两块永磁体块的宽度相等且为最大，由中间向两端各块永磁体块的宽度依次递减。6.如权利要求1所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构，其特征在于：所述永磁体(7)与对应侧的电机初级定子之间设有气隙。7.如权利要求1所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构，其特征在于：所述永磁体(7)与用于实现轴向往返运动的外部驱动设备相连。8.如权利要求1所述的一种非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构，其特征在于：所述永磁体(7)的磁场通过电机的初级定子铁心形成回路，同时与电机的初级绕组交链，气隙磁场沿轴向呈正弦分布；永磁体(7)通过采用非均匀分块结构，调节气隙磁密。9.一种如权利要求1～8任一项所述的非均匀分块式永磁直线同步电机励磁拓扑结构的设计方法，其特征在于：(A)针对永磁体非均匀奇数分块拓扑结构，即：每极下，最中间的一块永磁体块的宽度最大，由中间向两端各块永磁体块的宽度依次递减；步骤为：步骤A1：构建永磁直线电机励磁拓扑结构设计变量设最中间的一块永磁体块的宽度为a0、永磁体极距为τp；向两端延伸各块永磁体块的宽度分别为a1、a2、......、an；ai＝a0*q1，i＝1、2、3、......n，n为正整数，0＜q＜1；由中间向两端，各块隔磁块的宽度分别为t1、t2、......、tn；步骤A2：确定优化目标以气隙间磁场高次谐波的比值含量THD为优化目标，高次谐波含量越低，电机稳定性越好；其中，Bj为j次谐波的有效值，j＝1，3，5....m，m为奇数；1Br为剩磁，μr为相对磁导率，hm为永磁体厚度；步骤A3：通过正交优化法确立设计变量区间τp的区间为[τb，τc]0＜τb＜τc；a0的区间为[ad，ae]，0＜ad＜ae；隔磁块宽度t1～tn的区间为[tf，tg...
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