永磁直線伺服電機及其冷卻系統(tǒng)研究.pdf

1、永磁直線伺服電機(PMLSM)具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，體積小，質(zhì)量輕，推力密度大，效率高，可控性好，運行平穩(wěn)等優(yōu)點，已逐漸成為直線伺服系統(tǒng)的主流驅(qū)動電機，而如何提高推力密度和削弱推力波動一直是永磁直線伺服電機領(lǐng)域的兩個重要研究內(nèi)容。本文圍繞這兩個問題，對兩種常用結(jié)構(gòu)的永磁直線伺服電機進行了深入研究，分別為適用于輕載、快速反應(yīng)、高精度特性要求場合的雙邊空心PMLSM(DAPMLSM)和高負載、大推力要求場合的單邊水冷PMLSM。
　

2、　首先基于等效磁化強度法建立了PMLSM磁場分布和推力特性解析計算的統(tǒng)一分層線性模型，適用于不同形狀及分布的永磁體、不同交直流電樞電流及不同繞組分布的PMLSM。
　　其次對DAPMLSM進行了電磁設(shè)計。推導了空載氣隙磁場解析表達式，對其他磁體形狀的DAPMLSM提出了將磁體分成矩形塊再線性疊加的簡化統(tǒng)一的處理方法，并給出了電機各參數(shù)的選取原則。指出優(yōu)化空載磁通密度波形可有效降低推力波動，提高伺服性能。另外，該類電機橫向邊緣效應(yīng)較

3、大，會影響氣隙磁場分布、使空載反電勢和推力幅值減小，因此定義了橫向漏磁系數(shù)做定量衡量，其主要影響因素為電機橫向長度、氣隙高度和永磁體厚度。實驗樣機的測量結(jié)果驗證了解析模型和有限元分析的可信性。
　　再次，針對單邊水冷PMLSM首先對其進行了電磁設(shè)計，研究了鐵心端部磁場的分布特點;綜合運用多種措施有效降低了磁阻力。在建立的直線電機對拖平臺上測量了樣機的空載與負載往復運動特性，證明了樣機具有較好的伺服性能。
　　最后，重點分析了

4、其熱特性并設(shè)計了合理的水冷系統(tǒng)，大幅度提高了電磁負荷與推力密度。在損耗計算的基礎(chǔ)上，建立了三維溫度管流耦合場模型，運算速度快，且可綜合考慮修正熱源、接觸熱阻、初次級間熱傳遞、水流流動和冷卻等方面對電機溫度分布的影響。研究了無水冷和有水冷時不同工況下的熱特性，得出最大允許負載電流和最大工作時間，為電機驅(qū)動提供指導?？偨Y(jié)了PMLSM水冷系統(tǒng)參數(shù)和水道的設(shè)計原則。附加水冷系統(tǒng)后，在同樣的溫升限值下，長時間運行的最大推力密度提高為無水冷時的2.