动电枢分段永磁同步直线电机及驱动控制方法技术

动电枢分段永磁同步直线电机及驱动控制方法，解决了如何有效的降低电机推力波动，并能增加电机的推力密度的问题，属于永磁同步直线电机领域。本发明专利技术包括定子和动子，所述动子包括m个动电枢单元，每个动电枢单元为一个电枢动子，且每个电枢动子独立控制运行，m个动电枢单元延电机轴向排列，相邻动电枢单元间距为D，D＝T/m，T表示推力波动周期，m取大于等于2的整数；电源驱动模块，用于对各个动电枢单元的各相通入交流电，该交流电根据不同动电枢单元间的纹波相位差消除谐波带来的推力纹波进行确定，所述推力纹波是正弦变化的。本发明专利技术的电机可以消除多次磁场所带来的推力纹波，并提升了电机的有效推力。了电机的有效推力。了电机的有效推力。

Moving armature segmented permanent magnet synchronous linear motor and its drive control method

【技术实现步骤摘要】
动电枢分段永磁同步直线电机及驱动控制方法


[0001]本专利技术涉及一种动电枢分段永磁同步直线电机及驱动控制方法，属于永磁同步直线电机领域。

技术介绍

[0002]直线电机是作为代替传统转轴丝杠进行直线进给的装置。直线电机在物料传输系统中具有特殊的优势，永磁式同步直线电机具有结构简单、运行可靠和效率高等优势，因此在物料分拣、自动化生产线等相关的物料传输系统中应用的越来越广泛。动电枢永磁同步直线电机因其结构简单，相较于动磁钢型永磁同步直线电机绕组成本低而广泛应用在各个场合中，尤其在精密加工领域。精密加工场合要求直线电机的推力波动要尽可能的小。

技术实现思路

[0003]针对如何有效的降低电机推力波动，并能增加电机的推力密度的问题，本专利技术提供一种动电枢分段永磁同步直线电机及驱动控制方法。
[0004]本专利技术的一种动电枢分段永磁同步直线电机，包括定子和动子，所述动子包括m个动电枢单元，每个动电枢单元为一个电枢动子，且每个电枢动子独立控制运行，m个动电枢单元延电机轴向排列，相邻动电枢单元间距为D，D＝T/m，T表示推力波动周期，m取大于等于2的整数；
[0005]电源驱动模块，用于对各个动电枢单元的各相通入交流电，该交流电根据不同动电枢单元间的纹波相位差消除谐波带来的推力纹波进行确定，所述推力纹波是正弦变化的。
[0006]本申请动电枢分段永磁同步直线电机的驱动控制方法，包括：
[0007]利用电源驱动模块对第n个动电枢单元A相通入交流电为：
[0008]Ir/>A sin(ωt+(n
‑
1)πT/mτ)；
[0009]利用电源驱动模块对第n个动电枢单元B相通入交流电为：
[0010]I
B sin(ωt+(n
‑
1)πT/mτ
‑
4π/3)；
[0011]利用电源驱动模块对第n个动电枢单元C相通入交流电为：
[0012]I
c sin(ωt+(n
‑
1)πT/mτ
‑
2π/3)；其中，τ表示极距，I
A
表示电枢绕组通入电流幅值，ω表示电枢绕组通入电流角速度；n＝1,2
…
,m。
[0013]本专利技术的有益效果，本专利技术的电机可以消除多次磁场所带来的推力纹波，并提升了电机的有效推力。
附图说明
[0014]图1为现有采用Halbach磁极排列的动电枢型永磁同步直线电机；
[0015]图2为本专利技术中采用Halbach磁极排列的动电枢分段永磁同步直线电机，n＝3；
[0016]图3为本专利技术中采用Halbach磁极排列的动电枢分段永磁同步直线电机，n＝2；
[0017]图4为利用maxwell2D得到有限元仿真结果对比图；
[0018]图5为本专利技术中单边平板型的动电枢分段永磁同步直线电机，n＝3；
[0019]图6为本专利技术中单边平板型的动电枢分段永磁同步直线电机，n＝2。
具体实施方式
[0020]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0022]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0023]本实施方式的动电枢分段永磁同步直线电机，包括定子和动子，所述动子包括m个动电枢单元，每个动电枢单元为一个电枢动子，每一个动电枢单元可以独立的控制运行，m个动电枢单元延电机轴向排列，相邻动电枢单元间距为D，D＝T/m，T表示推力波动周期，m取大于等于2的整数。
[0024]电源驱动模块，用于对各个动电枢单元的各相通入交流电，该交流电根据不同动电枢单元间的纹波相位差消除谐波带来的推力纹波进行确定，所述推力纹波是正弦变化的。
[0025]消除多次磁场所带来的推力纹波的原理：
[0026]以抵消气隙磁场中五次谐波所带来的推力波动为例。Halbach磁极阵列在气隙磁场中激发出正弦磁场，基波磁场周期为2τ，还有周期2τ/5的为五次谐波磁场。所以气隙磁场的表达式可以用式(1)表示
[0027]B＝B
1 sin(ω1t)+B
3 sin(ω3t)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0028]B1表示气隙磁场中一次谐波的磁密幅值，B3表示隙磁场中三次谐波的磁密幅值，ω1表示气隙磁场中一次谐波变化的角速度，ω3表示气隙磁场中三次谐波变化的角速度；t表示时间；
[0029]所以传统的三单元直线电机的推力表达式如式(2)所示：
[0030]F＝∑B
An
I
A
+B
Bn
I
B
+B
Cn
I
C
ꢀꢀꢀ
(2)
[0031]其中五次磁场谐波产生的推力可以推导得到如式(3)所示：
[0032][0033]B5表示气隙磁场中五次谐波的磁密幅值，ω5表示气隙磁场中五次谐波变化的角速度；
[0034]根据所推导的单元电机推力纹波公式可以看出，电机的推力纹波是正弦变化的，可以利用不同单元间的纹波相位差进行消除。以3单元为例，第一个单元电机的纹波为：
[0035][0036]第二个单元电机的纹波为：
[0037][0038]第三个单元电机的纹波为：
[0039][0040]所以电机整体的纹波可以表示为：
[0041][0042]电源驱动模块可根据电机整体的纹波，利用不同动电枢单元间的纹波相位差消除谐波带来的推力纹波。
[0043]传统的三单元直线电机在运行时有五次谐波磁场产生的推力纹波。而本申请所设计的电机可以消除五次磁场所带来的推力纹波。
[0044]本实施方式的驱动控制方法，包括：
[0045]第n个动电枢单元A相通入交流电为I
A sin(ωt+(n
‑
1)πT/mτ)；
[0046]第n个动电枢单元B相通入交流电为：I
B sin(ωt+(n
‑
1)πT/mτ
‑
4π/3)；
[0047]第n个动电枢单元C相通入交流电为：I
c sin(ωt+(n
‑
1)πT/mτ
‑
2π/3)；其中，τ表示极距，I
A
表示电枢绕组通入电流幅值，ω表示电枢绕组通入电流角速度；
[0048]n＝1,2
…
,m。
[0049]本实施方式可以抑制任意谐波的推力波动，例如端部力(针对有铁芯动电枢的直线电机)。端部效应本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动电枢分段永磁同步直线电机，其特征在于，所述电机包括定子和动子，所述动子包括m个动电枢单元，每个动电枢单元为一个电枢动子，且每个电枢动子独立控制运行，m个动电枢单元延电机轴向排列，相邻动电枢单元间距为D，D＝T/m，T表示推力波动周期，m取大于等于2的整数；电源驱动模块，用于对各个动电枢单元的各相通入交流电，该交流电根据不同动电枢单元间的纹波相位差消除谐波带来的推力纹波进行确定，所述推力纹波是正弦变化的。2.根据权利要求1所述的一种动电枢分段永磁同步直线电机，其特征在于，所述电机为双边型的电机。3.根据权利要求2所述的一种动电枢分段直线电机，其特征在于，所述定子采用Halbach磁极排列。4.根据权利要求3所述的一种动电枢分段直线电机，其特征在于，所述电机采用4极3槽。5.根据权利要求1所述的一种动电枢分段永磁同步直线电机，其特征在于，所述电机为单边平板型的电机。6.根据权利要求1所述的一种动电枢分段...

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