直线电机产生推力波动的原因及改善方案

一、直线电机产生的推力波动危害

　　直线电机产生的推力波动是其应用方面的主要缺陷之一。推力波动会引起震动和噪声，在低速运行时，电机可能发生共振，运行特性恶化。

　　纹波扰动、摩擦扰动、负载阻力变化、端部效应、负载阻力变化、电流时滞谐波、磁阻推力波动等都是直线电机产生推力波动的重要因素。因此，对直线电机的推力波动特性进行精准测试时非常重要的。

直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。直线电机对外输出的量主要是推力，这也是直线电机和旋转电机的重要的不同点之一。推力对于直线电机的重要性可以与力矩对于旋转电机的重要性相媲美。由于直线电机的理论、设计、制造和负载及干扰等诸多方面的原因，直线电机必然存在推力波动。推力波动能够反映直线电机的运行是否平稳，因此，推力波动是直线电机检测的关键指标参数，下面本文主要介绍推力波动测试方法。

1.常规直线电机推力波动测试方法

常见的推力波动测试系统是使用由滚珠丝杠和直线电机分别拖动的拖板，共轴对拖来测试推力波动。这种旋转电机通过滚珠丝杠连接直线电机的方法，使机械连接机构的干扰也不可避免的进入了波动的检测结果中，导致试验结果往往与预期的有可观的偏差。

2.新型直线电机推力波动测试解决方案

新型波动测试解决方案是同一导轨上采用两个同型号直线电机互为负载，通过对合适条件下所采集的推力信号进行数据处理，最终得到被测直线电机的推力特性。

由于被测直线电机与陪试直线电机的电气性能和机械性能相同，此方法避免了旋转电机运行时引入的转矩波动，而且用简单的连接装置替代滚珠丝杠，提升了传递效率。通过运用合适的控制检测方法，使两个电机叠加后的波动处于相同相位下，进而得到被测电机的推力波动。

检测系统主要由被测直线电机、陪试直线电机、驱动系统、位置速度检测装置、力特性检测装置以及数据采集处理模块组成，试验中通过固定与连接机构调节两个直线电机到达待测位置(合适的相对位置，推力呈现比较明显的正弦波形)，在直线电机的电枢中通电，陪试电机设定为速度环模式，拉动被测电机运行一段距离。通过力传感器就可以计算对应的位置和速度条件下直线电机所对应的推力，此时推力波动为两个直线电机推力的叠加。通过对采集的推力数据进行分析处理，可以得到被测直线电机的推力波形，从而求得推力平均值以及推力波动百分比。

推力波动的抑制方法减小推力波动的电机设计技术中常用的抑制推力波动的措施有：

 

1，斜槽（斜磁）技术

 

通过倾斜动子槽或定子永磁体，可以减小相对于定子的磁阻变化，从而有效地减小齿槽推力波动 !

 

2，改变动子结构设计

 

3，改进定子磁极的设计

 

通过合理调整磁极间的相对位置，使永磁块在定子磁极中成不对称排布，均能消除或减小波动推力的谐波成分；

 

4，减小推力波动的控制策略；

 

理论上电动机优化设计可以减小甚至*消除! 但实际中由于优化设计方法的局限性，加工手段、成本、及应用环境的制约，经优化设计的 直线电机 仍存在推力波动，需采用相应的控制技术来进一步提高其推力性能 ! 目前常用的措施有：

 

改善功率逆变器的性能

 

优化动子电流波形

 

实现对推力的闭环控制

 

速度外环的控制策略

 

但在高精度微进给的数控机床伺服驱动系统中，除了直接针对推力波动进行补偿和控制外，还在直线伺服系统的速度外环采取一些有效的控制策略来抑制推力波动对速度伺服性能的影响 !