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閱讀：144 發(fā)布時(shí)間：2022-6-3
直線電機(jī)產(chǎn)生推力波動的原因及改善方案
一、直線電機(jī)產(chǎn)生的推力波動危害
直線電機(jī)產(chǎn)生的推力波動是其應(yīng)用方面的主要缺陷之一。推力波動會引起震動和噪聲，在低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)可能發(fā)生共振，運(yùn)行特性惡化。
紋波擾動、摩擦擾動、負(fù)載阻力變化、端部效應(yīng)、負(fù)載阻力變化、電流時(shí)滯諧波、磁阻推力波動等都是直線電機(jī)產(chǎn)生推力波動的重要因素。因此，對直線電機(jī)的推力波動特性進(jìn)行精準(zhǔn)測試時(shí)非常重要的。
直線電機(jī)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動機(jī)械能，而不需要任何中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的傳動裝置。直線電機(jī)對外輸出的量主要是推力，這也是直線電機(jī)和旋轉(zhuǎn)電機(jī)的重要的不同點(diǎn)之一。推力對于直線電機(jī)的重要性可以與力矩對于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的重要性相媲美。由于直線電機(jī)的理論、設(shè)計(jì)、制造和負(fù)載及干擾等諸多方面的原因，直線電機(jī)必然存在推力波動。推力波動能夠反映直線電機(jī)的運(yùn)行是否平穩(wěn)，因此，推力波動是直線電機(jī)檢測的關(guān)鍵指標(biāo)參數(shù)，下面本文主要介紹推力波動測試方法。
1.常規(guī)直線電機(jī)推力波動測試方法
常見的推力波動測試系統(tǒng)是使用由滾珠絲杠和直線電機(jī)分別拖動的拖板，共軸對拖來測試推力波動。這種旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過滾珠絲杠連接直線電機(jī)的方法，使機(jī)械連接機(jī)構(gòu)的干擾也不可避免的進(jìn)入了波動的檢測結(jié)果中，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果往往與預(yù)期的有可觀的偏差。
2.新型直線電機(jī)推力波動測試解決方案
新型波動測試解決方案是同一導(dǎo)軌上采用兩個(gè)同型號直線電機(jī)互為負(fù)載，通過對合適條件下所采集的推力信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終得到被測直線電機(jī)的推力特性。
由于被測直線電機(jī)與陪試直線電機(jī)的電氣性能和機(jī)械性能相同，此方法避免了旋轉(zhuǎn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)引入的轉(zhuǎn)矩波動，而且用簡單的連接裝置替代滾珠絲杠，提升了傳遞效率。通過運(yùn)用合適的控制檢測方法，使兩個(gè)電機(jī)疊加后的波動處于相同相位下，進(jìn)而得到被測電機(jī)的推力波動。
檢測系統(tǒng)主要由被測直線電機(jī)、陪試直線電機(jī)、驅(qū)動系統(tǒng)、位置速度檢測裝置、力特性檢測裝置以及數(shù)據(jù)采集處理模塊組成，試驗(yàn)中通過固定與連接機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)兩個(gè)直線電機(jī)到達(dá)待測位置(合適的相對位置，推力呈現(xiàn)比較明顯的正弦波形)，在直線電機(jī)的電樞中通電，陪試電機(jī)設(shè)定為速度環(huán)模式，拉動被測電機(jī)運(yùn)行一段距離。通過力傳感器就可以計(jì)算對應(yīng)的位置和速度條件下直線電機(jī)所對應(yīng)的推力，此時(shí)推力波動為兩個(gè)直線電機(jī)推力的疊加。通過對采集的推力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，可以得到被測直線電機(jī)的推力波形，從而求得推力平均值以及推力波動百分比。
推力波動的抑制方法減小推力波動的電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)中常用的抑制推力波動的措施有：
1，斜槽（斜磁）技術(shù)
通過傾斜動子槽或定子永磁體，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 !
2，改變動子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3，改進(jìn)定子磁極的設(shè)計(jì)
通過合理調(diào)整磁極間的相對位置，使永磁塊在定子磁極中成不對稱排布，均能消除或減小波動推力的諧波成分；
4，減小推力波動的控制策略；
理論上電動機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)可以減小甚至*消除! 但實(shí)際中由于優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的局限性，加工手段、成本、及應(yīng)用環(huán)境的制約，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的 直線電機(jī) 仍存在推力波動，需采用相應(yīng)的控制技術(shù)來進(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)化動子電流波形
實(shí)現(xiàn)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(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，除了直接針對推力波動進(jìn)行補(bǔ)償和控制外，還在直線伺服系統(tǒng)的速度外環(huán)采取一些有效的控制策略來抑制推力波動對速度伺服性能的影響 !