[发明专利]一种基于PWM思想的永磁同步直线电机磁极结构设计方法

说明书

本申请公开了一种基于PWM思想的永磁同步直线电机磁极结构设计方法，包括：通过等面积原理把PWM思想运用到永磁体的磁极结构优化中，设计得到包括多块永磁体阵列的永磁同步直线电机磁极结构；所述永磁同步直线电机磁极结构中，使用等面积法来对永磁体构成的磁极进行PWM脉宽调制，PWM脉宽调制结果确定每块永磁体的宽度，多块宽度不等的永磁体来近似产生一个正弦气隙磁场，进而达到降低电磁推力波动的目的。本发明能够有效减少永磁同步直线电机气隙磁场谐波含量，提高气隙磁场正弦度，有效抑制推力波动，解决PMLSM气隙磁场非正弦这一问题。

技术领域

本发明属于直线电机技术领域，涉及一种基于PWM思想的永磁同步直线电机磁极结构设计方法。

背景技术

直线电机由于不需要中间传动机构，能够直接产生直线形式的机械能，没有中间环节的能量损耗，广泛应用于需要直线运动形式的系统。随着工业技术的发展，直线电机在数控机床、工业机器人和工业自动化领域发挥着越来越重要的作用，永磁同步直线电机(Permanent magnet linear synchronous motor,PMLSM)具有广泛的应用前景。

然而，永磁同步直线电机也存在推力波动大的明显缺点，阻碍着运动性能的提高和应用领域的扩大。而气隙磁场含有高次谐波磁导是造成PMLSM电磁推力波动的原因之一，传统的永磁体排布方式产生的气隙磁场是非正弦波，会产生大量谐波磁场。因此优化次级磁极结构是十分必要的。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本申请提供一种基于PWM思想的永磁同步直线电机磁极结构设计方法，能够有效减少永磁同步直线电机气隙磁场谐波含量，提高气隙磁场正弦度，有效抑制推力波动，解决PMLSM气隙磁场非正弦这一问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种基于PWM思想的永磁同步直线电机磁极结构设计方法，通过等面积原理把PWM思想运用到永磁体的磁极结构优化中，设计得到包括多块永磁体阵列的永磁同步直线电机磁极结构；

所述永磁同步直线电机磁极结构中，使用等面积法来对永磁体构成的磁极进行PWM脉宽调制，PWM脉宽调制结果确定每块永磁体的宽度，多块宽度不等的永磁体来近似产生一个正弦气隙磁场，进而达到降低电磁推力波动的目的。

本发明进一步包括以下优选方案：

优选地，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据需求分析，确定需要的正弦气隙磁场波形；

步骤2：考虑永磁体的加工工艺，确定一个极距内的永磁体数量；

步骤3：结合正弦气隙磁场波形和永磁体数量，采用等面积法计算一个波形周期内PWM脉冲的宽度；

步骤4：PWM的脉冲宽度作为永磁体的宽度，加工得到对应宽度和数量的永磁体；

步骤5：将加工好的永磁体按照永磁体的宽度，安装在次级的磁极上，得到基于PWM思想设计的包括多块永磁体阵列的永磁同步直线电机磁极结构。

优选地，步骤1中，所述气隙磁场波形是指空载条件下由永磁体产生的气隙磁场的磁通密度B的波形，为正弦磁场波形。

优选地，步骤1中，所述气隙磁场波形具体通过拟采用的永磁体的剩磁和计算得到的次级结构参数计算得到。

优选地，步骤2中，采用一个周期的正弦波对应的PWM脉冲数量表示一个极距内的永磁体数量。

优选地，步骤3中，在采用等面积法时保持PWM脉冲的高度为永磁体的剩磁强度。

优选地，步骤3具体为：

假设需要的正弦气隙磁场为：

B＝B_m sin(wx) (1)