本實(shí)用新型涉及永磁同步直線電機(jī)領(lǐng)域，具體是采用粘彈阻尼抑制永磁同步直線電機(jī)推力波動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
：永磁同步直線電機(jī)(permanentmagnetsynchronouslinearmotor)具有結(jié)構(gòu)簡單、大推力、損耗低、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，在少切削力精密數(shù)控機(jī)床中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于PMSLM定子開斷產(chǎn)生的端部效應(yīng)以及諧波分量的存在，使得PMSLM存在推力波動(dòng)大的缺點(diǎn)，在要求高精密的機(jī)床加工時(shí)，推力波動(dòng)導(dǎo)致工件表面劃痕，尺寸不合要求等加工質(zhì)量問題，另外還會(huì)造成振動(dòng)和機(jī)器噪聲，影響定位精度。目前國內(nèi)外的學(xué)者普遍從兩個(gè)角度來抑制推力波動(dòng)：空間諧波和時(shí)間諧波。其中空間諧波是指改變和優(yōu)化電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如采用斜極，分?jǐn)?shù)槽，改變永磁體排列方式和充磁方式等方法來抑制推力波動(dòng)；時(shí)間諧波是指采用控制策略使得輸入的三相電更加接近正弦，如根據(jù)建立的推力波動(dòng)與電機(jī)速度、位置的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償器，在不同運(yùn)動(dòng)速度下補(bǔ)償推力波動(dòng)。上述兩種方法都存在著各自的弊端：斜極，分?jǐn)?shù)槽主要通過降低齒槽效應(yīng)來降低推力波動(dòng)，其抑制無鐵芯的PMSLM效果不明顯，改變永磁體排列方式主要通過極弧系數(shù)的選擇來確定最優(yōu)排列，可以降低諧波系數(shù)，但是造成次極利用率降低，改變充磁方式是為了使得磁通密度接近正弦，但是由于充磁技術(shù)的原因，存在技術(shù)難題；而通過前饋補(bǔ)償只能抑制逆變器死區(qū)時(shí)間所引起的5次和7次諧波電流，其他原因產(chǎn)生的諧波電流抑制不明顯。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中PMLSM推力波動(dòng)大的缺陷，提供一種基于永磁同步直線電機(jī)的粘彈阻尼結(jié)構(gòu)，以期能降低永磁同步直線電機(jī)的推力波動(dòng)，從而能提高永磁同步直線電機(jī)的定位精度，使得永磁同步直線電機(jī)在精密加工技術(shù)中得到更加廣泛的應(yīng)用。本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：本實(shí)用新型一種基于永磁同步直線電機(jī)的粘彈阻尼結(jié)構(gòu)，所述永磁同步直線電機(jī)包括：背鐵、導(dǎo)軌和動(dòng)子；其特點(diǎn)是，在所述永磁同步直線電機(jī)的背鐵上設(shè)置有粘彈阻尼條；在所述動(dòng)子上，并與所述粘彈阻尼條相對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)置有標(biāo)有刻度的阻尼調(diào)節(jié)螺栓；在所述阻尼調(diào)節(jié)螺栓的螺桿底部設(shè)置有接觸面積為As′的壓塊；以所述壓塊作用在所述粘彈阻尼條上所產(chǎn)生的壓緊力形成對(duì)所述動(dòng)子在所述導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的推力波動(dòng)的抑制結(jié)構(gòu)。與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在：1、本實(shí)用新型結(jié)合所述永磁同步直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)了粘彈阻尼器來抑制推力波動(dòng)，利用粘彈阻尼器產(chǎn)生的粘彈阻尼力抑制電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的推力波動(dòng)，無需改動(dòng)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，解決了改變電機(jī)結(jié)構(gòu)帶來的加工難度大、電機(jī)空間使用不合理等技術(shù)問題。2、本實(shí)用新型采用粘彈阻尼力抑制永磁同步直線電機(jī)推力波動(dòng)的技術(shù)手段，從式(1)表征的永磁同步直線電機(jī)的推力表達(dá)式可以確定推力波動(dòng)的主要頻率，而永磁同步直線電機(jī)的推力作為粘彈阻尼器的激勵(lì)，則在推力激勵(lì)下的粘彈阻尼力與永磁同步直線電機(jī)推力的方向相反頻率相同，兩者相加后可降低相應(yīng)波動(dòng)頻率段的幅值，達(dá)到抑制推力波動(dòng)的目的。3、本實(shí)用新型粘彈阻尼器的阻尼調(diào)節(jié)螺栓上標(biāo)有刻度，根據(jù)步驟4得出的粘彈阻尼條工作時(shí)的厚度h″，具體實(shí)施時(shí)通過調(diào)節(jié)螺栓可以準(zhǔn)確將厚度設(shè)置為h″，使抑制推力波動(dòng)的效果更加精確有效。4、本實(shí)用新型根據(jù)粘彈阻尼的減振緩沖的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)應(yīng)用于抑制永磁同步直線電機(jī)推力波動(dòng)的粘彈阻尼器，不但可以有效的降低推力波動(dòng)，而且與現(xiàn)有技術(shù)中通過空間諧波和時(shí)間諧波角度抑制推力波動(dòng)相比，本實(shí)用新型更提供了一種從外部安裝機(jī)械結(jié)構(gòu)來抑制推力波動(dòng)的新思想。附圖說明圖1為本實(shí)用新型中粘彈阻尼系統(tǒng)示意圖；圖2為本實(shí)用新型中粘彈阻尼器截面示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中PMSLM層分析模型示意圖；圖4為本實(shí)用新型中PMSLM推力曲線圖；圖中標(biāo)號(hào)：1為粘彈阻尼條；2為阻尼調(diào)節(jié)螺栓；3為背鐵；4為導(dǎo)軌；5為動(dòng)子；6為永磁同步直線電機(jī)；V為動(dòng)子5的運(yùn)動(dòng)方向；7為壓塊。具體實(shí)施方式本實(shí)施例中，一種抑制永磁同步直線電機(jī)推力波動(dòng)的粘彈阻尼結(jié)構(gòu)如圖1所示，永磁同步直線電機(jī)6包括：背鐵3、導(dǎo)軌4和動(dòng)子5；在永磁同步直線電機(jī)6的背鐵3上設(shè)置有粘彈阻尼條1；在動(dòng)子5上，并與粘彈阻尼條1相對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)置有標(biāo)有刻度的阻尼調(diào)節(jié)螺栓2；在阻尼調(diào)節(jié)螺栓2的螺桿底部設(shè)置有接觸面積為As′的壓塊7；粘彈阻尼器的截面圖如圖2所示。以壓塊7作用在粘彈阻尼條1上所產(chǎn)生的壓緊力形成對(duì)動(dòng)子5在導(dǎo)軌4上運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的推力波動(dòng)的抑制結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，一種基于粘彈阻尼的永磁同步直線電機(jī)推力波動(dòng)的抑制方法是按如下步驟進(jìn)行：步驟1、對(duì)電機(jī)永磁體的勵(lì)磁作用分析，用M(x)表征其等效磁化強(qiáng)度空間分布函數(shù)：式(1)中，u0為空氣磁導(dǎo)率，Br為永磁體剩余磁化強(qiáng)度，τ為極距；mi為磁場空間頻率，并有：mi＝(2i-1)π/τ；i＝1,2…；p為永磁體寬度。對(duì)電機(jī)層分析做如下假設(shè)：忽略Z方向磁場變化；電機(jī)背鐵磁導(dǎo)率無窮大；永磁體均勻磁化。電機(jī)層分析示意圖如圖3所示，根據(jù)麥克斯韋方程組建立氣隙區(qū)域I和永磁體區(qū)域II的泊松方程：式(2)中，AIAII分別為氣隙區(qū)域和永磁體區(qū)域的矢量磁位，其邊界條件為：由求得氣隙區(qū)域y軸磁通密度分布函數(shù)By1：如圖3所示，電機(jī)A相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢Ea可以表征為：式(5)中，V為電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度。同理可以計(jì)算B相、C相感應(yīng)電動(dòng)勢Eb、Ec，比A相感應(yīng)電動(dòng)勢分別滯后2π/3、4π/3。假設(shè)A相電流的初始相位角為零，三相對(duì)稱正弦交流電流可以表示為：則由公式可以表征永磁同步直線電機(jī)(6)的推力F：式(7)中，I為電流幅值，N為線圈匝數(shù)，L為線圈有效長度，Mi為與空間磁場相關(guān)的系數(shù)，并有：δ為氣隙，h1為永磁體高度，h2為線圈高度；ω為電流頻率，t為時(shí)間，Xa1和Xa2表示A相系數(shù)、Xb1和Xb2表示B相系數(shù)、Xc1和Xc2表示C相系數(shù)，并有：Xa1＝[cosmid-cosmi(D-d)-1]、Xa2＝[sinmi(D-d)-sinmid-sinmiD]、D為一個(gè)線圈的寬度，d為單邊線圈的寬度；k1和k1表示頻率系數(shù)，并有：步驟2、采用Kelvin模型對(duì)粘彈阻尼力進(jìn)行分析，在頻率ω′的正弦激勵(lì)下其粘彈阻尼力可以表示為：式(8)中u為在正弦激勵(lì)下粘彈阻尼的形變量，為形變量u的導(dǎo)數(shù)。由式(7)的形式知推力F為正余弦函數(shù)相加的形式，所以可由永磁同步直線電機(jī)6的推力F作為粘彈阻尼器的激勵(lì)，此時(shí)的激勵(lì)頻率即為電流頻率ω，得到如式(9)所示的粘彈阻尼器的阻尼力f的計(jì)算表達(dá)式：式(9)中，G0粘彈阻尼條1的彈性系數(shù)，G1粘彈阻尼條1的阻尼系數(shù)；As為粘彈阻尼器中壓塊7與粘彈阻尼條1的接觸面積，h′為粘彈阻尼條1壓緊時(shí)的厚度；x1a、x2a、x3a和x4a表示永磁同步直線電機(jī)的A相推力作用于粘彈阻尼條所產(chǎn)生的阻尼力系數(shù)，x1b、x2b、x3b、x4b表示永磁同步直線電機(jī)的B相推力作用于粘彈阻尼條所產(chǎn)生的阻尼力系數(shù)，x1c、x2c、x3c、x4c表示永磁同步直線電機(jī)的C相推力作用于粘彈阻尼條所產(chǎn)生的阻尼力系數(shù)，并有：式(9)至式(13)中，q分別等于a、b、c；步驟3：令為Fi，利用推力F和粘彈阻尼力f相加得到如式(14)所示的永磁同步直線電機(jī)6在粘彈阻尼器作用后的推力F1表達(dá)式：步驟4：表1給出了永磁同步直線電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，其中電機(jī)為7級(jí)6線圈結(jié)構(gòu)，粘彈阻尼條采用丁基橡膠材料。表1永磁同步直線電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)數(shù)值/mm永磁體寬P15永磁體高h(yuǎn)13線圈匝數(shù)N100線圈高度h25線圈單邊寬度d7一個(gè)線圈寬度D22極距τ19氣隙δ2由表1所述參數(shù)，及粘彈阻尼材料丁基橡膠相關(guān)性質(zhì)，采用解析法在相同的時(shí)間段內(nèi)，分別利用式(7)作出永磁同步直線電機(jī)6在粘彈阻尼器作用前的推力F的曲線圖，利用式(14)作出永磁同步直線電機(jī)6在粘彈阻尼器作用后的推力F1的曲線圖，調(diào)節(jié)粘彈阻尼器中壓塊7與粘彈阻尼條1的接觸面積As和粘彈阻尼條1壓緊時(shí)的厚度h′的大小，并對(duì)兩幅推力曲線圖進(jìn)行比較，當(dāng)推力F1曲線的波動(dòng)明顯小于F曲線的波動(dòng)時(shí)，此時(shí)得到的接觸面積As′和厚度h″即為所需要的值；推力曲線圖如圖4所示步驟5、選取符合安裝條件的粘彈阻尼條1并粘貼在永磁同步直線電機(jī)6的背鐵3上；步驟6、在永磁同步直線電機(jī)6的動(dòng)子5上，并與粘彈阻尼條1相對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)置有標(biāo)有刻度的阻尼調(diào)節(jié)螺栓2；在阻尼調(diào)節(jié)螺栓2的底部設(shè)置有接觸面積為As′的壓塊7；步驟7、通過調(diào)節(jié)阻尼調(diào)節(jié)螺栓2的松緊度，使得壓塊7作用在粘彈阻尼條1后的厚度為h″并產(chǎn)生壓緊力，從而抑制動(dòng)子5在導(dǎo)軌4上運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的推力波動(dòng)。當(dāng)前第1頁1 2 3