结构参数对直线电机性能的影响
直线电机模组内部结构
直线电机模组内部结构
直线电机模组是一种在工业、交通等领域被广泛应用的机械设备，其内部结构也十分复杂。
首先，直线电机模组的外壳由若干间隔外壳及结果件组成，这些
外壳通常采用铝合金、钢等材质制成。
外壳主要的作用是保护直线电
机模组内部的元件，同时防止外部因素对其造成影响，如辐射、润滑
剂等。
其次，直线电机模组的内部结构主要包括电机、传感器、线束、
导轨以及设备控制器五部分。
这些元件都通过规定的连接方式相连。
其中，电机作为直线电机模组的动力来源，可提供高速的线性运动，
使模组能够完成所需的工作任务。
控制器作为直线电机模组的“大脑”起着关键性的作用，它根据传感器的反馈信号，控制电机的速度和方向。
另外，导轨作为直线电机模组的基础结构，它不仅起到支撑作用，还能保证模组运动的平稳性和准确性，同时帮助模组适应不同的工作
环境。
最后，线束和传感器作为直线电机模组的辅助元件，其主要作用
是检测电机的运动情况，并向控制器提供反馈信息，控制器再根据反
馈信号作出相应的调整控制，确保直线电机模组的正常运行。
综上所述，直线电机模组的内部结构是复杂的但是有效的机械结构，其高效的性能取决于内部各个元件的有序协作。
在使用直线电机
模组时，需要注意各个内部元件的维护和保养，以确保机械设备的长
期稳定运行。
直线电机的转子半径
直线电机的转子半径全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：直线电机是一种直线运动的电机，其转子和驱动体之间没有机械连接，通过电磁力来实现工作。
其中一个关键参数就是转子的半径，转子的半径对于直线电机的性能和工作效率有着重要的影响。
在直线电机中，转子的半径主要影响到了直线电机的力和速度。
转子的半径越大，其所受到的电磁力也就越大，从而可以产生更大的推力。
转子的半径越大，直线电机所产生的推力也就越大，可以实现更大的负载。
转子的半径也会影响到直线电机的速度。
一般来说，转子的半径越大，其所需的电流也就越大，因此可以实现更高的速度。
在选择转子的半径时，需要根据具体的应用需求来进行考虑。
如果是需要大推力的应用，那么可以选择较大的转子半径；如果是需要高速度的应用，可以选择较小的转子半径。
还需要考虑整个系统的功率和控制系统的能力，来确定最适合的转子半径。
转子的半径也会影响到直线电机的效率。
由于转子的半径越大，其所需的电流也相应增加，这会导致功率的损耗增加，从而降低了直线电机的效率。
在选择转子的半径时，需要平衡推力、速度和效率之间的关系，找到最适合的转子半径。
转子的半径是直线电机设计中一个非常重要的参数，其影响到了直线电机的推力、速度、效率、稳定性和精度等多个方面。
在选择转子的半径时，需要根据具体的应用需求进行考虑，并找到最适合的转子半径，以实现最佳的性能和效果。
第二篇示例：直线电机是一种电动机，其转子与传统电机不同，是直线运动而非旋转运动。
在设计和制造直线电机时，转子的尺寸和形状是非常重要的考虑因素之一。
转子的半径是直线电机中一个重要的参数，它直接影响着电机的性能和工作效率。
在本文中，我们将讨论直线电机的转子半径对电机性能的影响。
让我们了解一下直线电机的工作原理。
直线电机利用电磁力产生直线运动，其主要由定子和转子两部分组成。
定子通常是固定在机架上的一组电磁线圈，而转子则是通过电流在电磁场中产生力，从而实现直线运动。
转子的半径决定了它在电磁场中受力的大小和方向，从而影响了电机的输出功率和效率。
直线电机测试关键技术指标参数
直线电机测试关键技术指标参数直线电机测试是通过直线电机测试系统完成的。
测试项目包含电机的输出特性，如推力、速度和输出功率；输入特性电压、电流等;过程特性，如温升、推力波动、掌握精度等。
正是通过各项参数进行分析处理从而得出各类特性曲线、特征指标参数，通过对比技术要求输出报告完成测试工作。
直线电机的关键技术指标参数主要有以下几个：1.推重比推重比是指直线电机次级质量与直线电机峰值推力的比值。
它表示单位质量的最大出力。
由牛顿其次运动定律可以知道，推重比反映的是直线电机的加速度大小，是衡量直线电机综合性能的重要指标之一，对于直线电机的使用场合与负载都能产生重要的影响，在高频启动和停止时对直线电机的加速度有比较严格的要求。
2.推力波动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。
直线电机由于本身机构方面的缘由具有推力波动性，推力的波动性远比旋转电机的力矩的波动性大。
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缘由，直线电机必定存在推力波动。
推力波动能够反映直线电机的运行是否平稳。
3.电气时间常数时间常数是表征电机动态性能的重要指标。
在电机输入额定电压后，由于其电机的绕组有电阻、电感、分布电容和机械方面的原因电机内部不行能瞬时就达到了额定状态(稳定状态)，而是必需经过一段时间后才能达到，这就是时间常数。
时间常数依据所反映机电系统动态性能固有特性的不同而分为电气时间常数和机电时间常数。
依据国家标准中对机电时间常数的定义，机电时间常数是电机在空载条件下加阶跃的额定掌握电压，转速从零升到空载转速63.2%所需的时间。
电气时间常数就是电感和电阻的比值，它反映的是作为电系统变化快慢的指标。
4.推力线性度由于电机有推力波动，电机波动较大时往往是不能工作的。
推力线性度是用来描述电机有效工作区间的，也就是波动相对较小的区间-线性区间。
直线电机持续推力计算
直线电机持续推力计算直线电机是一种直线运动的电机，具有简单的构造和高效的工作性能。
它常用于工业、交通运输和航空航天等领域中，用于推动物体沿直线方向运动。
在设计直线电机时，持续推力的计算是非常重要的，下面将详细介绍直线电机持续推力的计算方法。
首先需要了解直线电机的工作原理。
直线电机通常由一对磁极和一个绕组组成。
当绕组通电时，产生的磁场与磁极相互作用，从而产生一个电磁力。
这个电磁力可以用来推动物体沿直线方向运动。
直线电机的持续推力取决于多个因素，包括电流大小、磁场强度和机械结构等。
直线电机的持续推力可以通过以下公式来计算：F = B * I * L其中，F代表推力，B代表磁场强度，I代表电流，L代表磁场作用长度。
这个公式描述了磁场力和电流强度之间的关系，可以通过调整电流和磁场强度来控制直线电机的推力大小。
在实际应用中，可以通过不同的方法来调整直线电机的推力。
一种常见的方法是改变电流大小。
通过增大电流，可以增加磁场力，从而增加直线电机的推力。
但是需要注意的是，电流过大会导致绕组发热，可能会影响直线电机的性能和寿命。
因此在设计中需要合理选择电流大小。
另一种调整直线电机推力的方法是改变磁场强度。
磁场强度通常可以通过调整磁场产生装置的设计来实现。
通过增加磁场强度，可以增加直线电机的推力。
然而，改变磁场强度可能会对直线电机的机械结构和使用环境产生一定的要求。
因此，在设计中需要综合考虑各种因素。
此外，直线电机的推力还受到机械结构的影响。
机械结构的设计会影响直线电机的推力大小和稳定性。
例如，通过增大磁场作用长度，可以增加直线电机的推力。
另外，通过合理设计导轨和滑块等机械结构，可以减小摩擦力，提高直线电机的效率和推力。
在实际应用中，需要根据具体的需求来计算直线电机的持续推力。
首先要确定所需的推力大小。
然后根据电流和磁场强度的关系，计算出所需的电流大小。
最后通过实际测试和调整，确定最佳的磁场强度和机械结构设计，以实现所需的推力。
直线电机运动某一位置会波动的原因
直线电机运动某一位置会波动的原因
直线电机在运动过程中出现位置波动的原因可能有以下几点：
1. 机械结构松动：直线电机的机械结构如导轨、滑块等可能存在松动，导致运动过程中出现位置波动。
2. 控制系统误差：直线电机的控制系统可能存在误差，导致电机运动的位置不准确。
3. 电机参数变化：直线电机的参数如电流、电压、频率等可能发生变化，导致电机运动的位置不准确。
4. 外部干扰：直线电机在运动过程中可能受到外部干扰，如振动、噪声等，导致运动的位置不准确。
如果直线电机在运动过程中出现位置波动，可以通过检查机械结构、调整控制系统、稳定电机参数、减少外部干扰等措施来解决问题。
直线电机反电势常数和推力常数关系_概述说明
直线电机反电势常数和推力常数关系概述说明1. 引言1.1 概述在现代工业领域中，直线电机作为一种重要的驱动器件，广泛应用于自动化设备、交通运输系统等方面。
直线电机的性能指标对于其稳定可靠的工作以及高效能的发挥起着至关重要的作用。
而反电势常数和推力常数是直线电机性能评估中最为重要且基础的参数之一。
本文旨在全面概述直线电机反电势常数和推力常数之间的关系，并分析影响这两个指标的因素，在此基础上进行实验验证和应用案例分析。
通过深入研究这些参数及其相互关系，可以对直线电机性能进行量化描述，并进一步优化设计与运行过程，提高其工作效率和可靠性。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分。
首先是引言部分，在这一部分我们将给出文章撰写的背景和目的，概括地介绍研究内容和文章结构。
之后是反电势常数与推力常数的定义和原理部分，详细阐述了这两个参数的定义、计算方法以及理论原理。
接下来是影响因素分析部分，讨论线圈设计参数、磁场强度和运行条件对反电势常数和推力常数的影响。
在实验验证与应用案例分析部分，我们将介绍实验方法、结果及数据分析，并通过具体案例进行深入讨论。
最后，在结论与展望部分，总结本文的主要研究结论，并展望未来进一步发展的方向。
1.3 目的本文旨在提供读者一个清晰完整的了解直线电机反电势常数和推力常数之间关系的概述。
通过系统性地探讨这两个重要参数的定义、计算方法以及其相互关系，读者可以更好地理解直线电机工作原理，并为相关领域的技术研发和应用提供指导意义。
同时，文章也希望为进一步优化直线电机设计与运行条件提供一些参考思路和方向。
以上是对“1. 引言”部分内容所做的详细清晰撰写，请根据需要进行修改完善。
2. 反电势常数与推力常数的定义和原理2.1 反电势常数的定义和计算方法:反电势常数是指在直线电机中，当电流通过线圈时，由于磁场变化而产生的感应电动势与输入电流之比。
反电势常数通常用字母Ke表示。
计算反电势常数的方法是通过测量在给定输入电流下线圈中感应到的反向电动势，并将其除以输入电流值。
直线电机的优缺点
直线电机的优缺点
直线电机的优点
1、结构简单
直线电机不需要经过中间转换机构而直接产生直线运动，使结构大大简化，运动惯量减少，动态响应性能和定位精度大大提高；同时也提高了可靠性，节约了成本，使制造和维护更加简便。
它的初次级可以直接成为机构的一部分，这种独特的结合使得这种优势进一步体现出来。
2、高加速度
这是直线电机驱动，相比其他丝杠、同步带和齿轮齿条驱动的一个显着优势。
3、适合高速直线运动
因为不存在离心力的约束，普通材料亦可以达到较高的速度。
而且如。
直线电机参数
介绍直线电机参数和选型1.最大电压( max. voltage ph-ph) ———最大供电线电压，主要与电机绝缘能力有关；《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。
》2.最大推力(Peak Force) ———电机的峰值推力，短时，秒级，取决于电机电磁结构的安全极限能力；《版权声明：本文由整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。
》3.最大电流(Peak Current) ———最大工作电流，与最大推力想对应，低于电机的退磁电流；4.最大连续消耗功率(Max. Continuous Power Loss) ———确定温升条件和散热条件下，电机可连续运行的上限发热损耗，反映电机的热设计水准；5.最大速度(Maximum speed) ———在确定供电线电压下的最高运行速度，取决于电机的反电势线数，反映电机电磁设计的结果；6.马达力常数(Motor Force Constant) ———电机的推力电流比，单位N/A或KN/A，反映电机电磁设计的结果，在某种意义上也可以反映电磁设计水平；7.反向电动势(Back EMF) ———电机反电势（系数），单位Vs/m，反映电机电磁设计的结果，影响电机在确定供电电压下的最高运行速度；8.马达常数(Motor Constant) ———电机推力与功耗的平方根的比值，单位N/√W，是电机电磁设计和热设计水平的综合体现；9.磁极节距NN(Magnet Pitch) ————电机次级永磁体的磁极间隔距离，基本不反映电机设计水平，驱动器需据此由反馈系统分辨率解算矢量控制所需的电机电角度；10.绕组电阻/每相(Resistance per phase)———电机的相电阻，下给出的往往是线电阻，即Ph－Ph，与电机发热关系较大，在意义下可以反映电磁设计水平；11.绕组电感/每相(Induction per phase) ———电机的相电感，下给出的往往是线电感，即Ph－Ph，与电机反电势有关系，在意义下可以反映电磁设计水平；12.电气时间常数(Electrical time constant) ———电机电感与电阻的比值，L/R；13.热阻抗(Thermal Resistance) ———与电机的散热能力有关，反映电机的散热设计水平；14.马达引力(Motor Attraction Force) ———平板式有铁心结构直线电机，尤其是永磁式电机，次极永磁体对初级铁心的法向吸引力，高于电机额定推力一个数量级，直接决定采用直线电机的直线运动轴的支撑导轨的承载能力和选型。
直线电机极数
直线电机极数直线电机是一种将电能转化为直线运动的电动机。
它由定子和滑动子组成，其中滑动子上有一组磁极，也就是我们所说的极数。
直线电机的极数对其性能有着重要的影响。
极数是指直线电机滑动子上的磁极的数量。
直线电机的极数可以是偶数或奇数，常见的有2极、4极、6极等。
不同的极数对直线电机的性能产生不同的影响。
极数影响了直线电机的速度和加速度。
一般来说，极数越多，直线电机的速度越高，加速度也越大。
这是因为在滑动子上的磁极数量增加时，磁场的变化速度也会增加，从而产生更大的力。
因此，当需要高速和高加速度的直线运动时，选择高极数的直线电机是更合适的选择。
极数还影响了直线电机的力密度。
力密度是指单位体积或单位质量下所能产生的力的大小。
一般来说，极数越多，直线电机的力密度越高。
这是因为在滑动子上的磁极数量增加时，磁场的变化范围也增加，从而产生更大的力。
因此，当需要在有限空间内产生较大力的直线运动时，选择高极数的直线电机是更合适的选择。
极数还会影响直线电机的平稳性和精度。
一般来说，极数越多，直线电机的运动越平稳，精度也越高。
这是因为在滑动子上的磁极数量增加时，磁场的变化范围也增加，从而使直线电机的运动更加平滑。
因此，当需要实现高精度直线运动时，选择高极数的直线电机是更合适的选择。
极数还会影响直线电机的功率和效率。
一般来说，极数越多，直线电机的功率越大，效率也越高。
这是因为在滑动子上的磁极数量增加时，磁场的变化速度也增加，从而产生更大的力。
因此，当需要高功率和高效率的直线运动时，选择高极数的直线电机是更合适的选择。
直线电机的极数对其性能有着重要的影响。
不同的极数会影响直线电机的速度、加速度、力密度、平稳性、精度、功率和效率等方面。
选择适合的极数可以使直线电机更好地满足特定的运动要求。
因此，在选择直线电机时，需要根据实际需求和性能要求来确定合适的极数。
国标直线电机测量方法
国标直线电机测量方法国标直线电机测量方法是指按照国家标准进行测量和评估直线电机的性能指标和特性的方法。
直线电机是一种将电能直接转换为线性运动的电动机，其在工业自动化、机床、电梯、航空航天等领域有着广泛的应用。
为了确保直线电机的性能和质量，制定了相应的测量方法。
首先，国标直线电机测量方法要求对直线电机的几何参数进行测量，包括定子宽度、定子长度、定子高度、定子间隙等。
这些参数对于直线电机的性能和运行稳定性都有着重要的影响。
测量方法一般采用数显卡尺、外径测量仪等工具，通过直接测量或间接测量的方式进行。
其次，国标直线电机测量方法要求对直线电机的电气参数进行测量，包括电阻、电感、电容、功率等。
这些参数通过测量可以确定直线电机的电性能和工作效率。
测量方法一般采用万用表、LCR仪、功率计等仪器，通过连接电路进行测量。
再次，国标直线电机测量方法要求对直线电机的力学参数进行测量，包括功率密度、力矩、速度等。
这些参数对于直线电机的负载能力和运动性能有着重要的影响。
测量方法一般采用扭矩计、转速表、力传感器等仪器，通过连接测力装置或转速检测装置进行测量。
另外，国标直线电机测量方法要求对直线电机的热特性进行测量，包括温升、散热效果、热稳定性等。
这些参数对于直线电机的工作安全性和寿命有着重要的影响。
测量方法一般采用红外测温仪、热电偶、温度计等仪器，通过对直线电机进行连续工作或特定负载下的实际使用，以及对散热装置进行测量，评估直线电机的热特性。
最后，国标直线电机测量方法还要求对直线电机的控制特性进行测量，包括位置控制精度、速度控制精度、加速度控制精度等。
这些参数对于直线电机的控制性能和运行稳定性有着重要的影响。
测量方法一般采用光栅尺、高精度运动控制系统等仪器，通过对直线电机进行开环和闭环控制测试，以及测试其在不同速度和负载下的响应能力，评估直线电机的控制特性。
综上所述，国标直线电机测量方法是对直线电机进行全面评估和测试的方法，包括几何参数、电气参数、力学参数、热特性和控制特性等。
直线电机反电势常数和推力常数
直线电机反电势常数和推力常数
直线电机是一种将电能直接转换为线性运动的电机。
在直线电机中，反电势常数和推力常数是两个重要的参数，它们对电机的性能和运行特性有着显著的影响。
反电势常数，也被称为反向电动势常数，它反映了电机电磁设计的结果，对电机在确定供电电压下的最高运行速度有重要影响。
具体来说，反电势常数越大，电机在工作时对电流的阻力也越大，从而产生的推力会相应减小，推力常数也会变小。
反之，如果反电势常数较小，电机对电流的阻力就会相应减小，产生的推力会增大，推力常数也会变大。
推力常数是电机的一个重要参数，它表示每一安培电流所能产生的推力，一般用N/A来表示，其中N是牛顿，A是电流（安培）。
推力常数反映了电机的峰值推力与峰值电流之比，它在一定程度上可以体现电机的电磁设计水平和性能。
推力常数越大，说明电机在相同电流下能产生的推力越大，这对于需要高推力输出的应用来说是非常重要的。
总的来说，直线电机的反电势常数和推力常数是两个密切相关的参数，它们共同决定了电机的运行特性和性能表现。
在设计和选择直
线电机时，需要根据具体的应用需求来权衡这两个参数，以达到最佳的性能效果。
直线电机的现状及发展趋势
直线电机的特点及发展趋势（谭铭志湖南大学、湖南、长沙）概要：概述了直线电机的发展史及特点，相对传统旋转电机的优势，以及直线电机的原理及控制的概述，最后还介绍了直线电机的发展趋势。
关键词：直线电机、现状、发展趋势一、引言直线电机是一种将电能直接转换成直线运动的机械能而不需要任何中间转换机构的传动装置。
由于采用了“零传动”，从而较传统传动方式有明显的优势，如结构简单、无接触、无磨损、噪声低、速度快、精度高等。
近年，随着工业加工质量和运动定位精度等要求的不断提高，直线电机受到了广泛的关注。
在国外，直线电机驱动技术已进入工业化阶段，但国内尚处于起步阶段。
二、直线电机的发展历程直线电机的历史，最早可追溯到1840年惠斯登(Wheatstone)提出和制作雏形但不成功的直线电机，从那时至今已有160多年。
在这个发展历程中，大致可分为以下三个阶段：探索实验阶段（1840—1955）、开发应用阶段（1956—1970）和实用商品化阶段(1971至今)。
第一阶段是直线电机探索实验和部分实验应用阶段，由于当时直线电机的理论还只是雏形、设计不够完善、且受到材料的性能、制造技术的限制，使得直线电机效率较低，可靠性不高，所以直线电机在这一时期始终未能得到真正的应用。
第二阶段是直线电机的全面开发阶段。
由于自动控制技术、制造技术及材料技术的突飞猛进给直线电机的研究应用奠定的坚实的基础。
这时期主要以英国莱恩苇特（E·Laithwaiter）教授为首的一些人在强调直线电动机基础研究的情况下，取得了不少研究成果，公开发表了直线电机理论分析的文章，并出版了比较系统的介绍直线电机的专著《Induction Machines for Special Purpose》，这给直线电机领域作出了开创性贡献，也鼓励着世界各地的科学家继续努力。
第三阶段是直线电机的独立应用时代，在这个阶段直线电机找到一条适合自身发展的道路，在旋转电机无能为力的领域大展身手。
直线电机极距与行程关系-概述说明以及解释
直线电机极距与行程关系-概述说明以及解释1.引言1.1 概述直线电机是一种以直线运动为特点的电动机，它通过电磁力驱动负载在直线轨道上移动。
直线电机的极距与行程是直线电机运动的两个重要参数。
极距是指直线电机的磁场极性间的距离，它决定了电机的输出力量大小。
行程是指负载在直线轨道上能够实现的最大位移距离，它代表了直线电机的运动范围。
本文将主要探讨直线电机的极距与行程之间的关系。
研究直线电机的极距与行程关系对于了解电机的运动特性、优化电机的设计以及提高电机的性能至关重要。
在下文中，我们将首先介绍直线电机的基本原理，包括其工作原理、结构组成以及应用领域。
接着，我们将明确直线电机的极距与行程的定义，并详细解释它们之间的相互关系。
通过理论分析和实验数据的支持，我们将阐述极距与行程对直线电机性能的影响，并探讨如何通过调节极距和行程来优化电机的工作效果。
总之，本文将通过研究直线电机的极距与行程关系，帮助读者更全面地了解直线电机的运动特性和性能表现。
同时，我们还将展望直线电机的应用前景，并提出进一步研究方向和改进方法，以推动直线电机技术的发展和应用。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应包括对整篇文章的分章节介绍，并简要描述每个章节的主要内容。
以下是文章结构部分的一个示例：文章结构：本文共分为引言、正文和结论三个部分，每个部分有相应的章节。
1. 引言部分包括概述、文章结构和目的三个小节。
在概述部分，将简要介绍直线电机的基本原理和应用背景。
接着，在文章结构部分，将总结整篇文章的章节内容和顺序。
最后，在目的部分，将说明本文研究的目的和意义。
2. 正文部分主要涵盖三个章节，包括直线电机的基本原理、直线电机的极距与行程的定义以及直线电机的极距与行程的关系。
在直线电机的基本原理章节，将详细介绍直线电机的工作原理和结构组成。
在直线电机的极距与行程的定义章节，将对直线电机中的极距和行程进行详细解释和定义。
在直线电机的极距与行程的关系章节，将探讨直线电机的极距与行程之间的数学关系以及影响因素。
基于非线性和柔性特性分析及补偿的直线电机精密运动控制
基于非线性和柔性特性分析及补偿的直线电机精密运动控制一、概述随着科技的不断发展，直线电机作为一种新型的驱动装置，已经在各个领域得到了广泛的应用。
然而传统的直线电机控制系统在面对复杂的运动控制任务时，往往难以满足高精度、高速度和高可靠性的要求。
因此研究一种基于非线性和柔性特性分析及补偿的直线电机精密运动控制方法具有重要的理论和实际意义。
本文首先介绍了直线电机的基本原理和结构特点，然后分析了传统直线电机控制系统中的非线性和柔性问题。
针对这些问题，本文提出了一种基于非线性动力学模型和柔性控制策略的直线电机精密运动控制方法。
该方法通过对非线性动力学方程进行建模和求解，实现了对直线电机系统动态性能的有效描述；同时，利用柔性控制策略对系统进行实时调整和优化，以适应各种复杂工况下的运动控制需求。
为了验证所提出方法的有效性，本文通过实验研究了该方法在不同负载条件下的运动性能和控制精度。
实验结果表明，所提出的直线电机精密运动控制方法能够有效地克服传统方法中的非线性和柔性问题，实现对直线电机系统的精确控制。
此外本文还对所提出方法进行了进一步的优化和改进，以提高其在实际应用中的稳定性和鲁棒性。
1.1 研究背景和意义随着科技的不断发展，直线电机作为一种新型的驱动设备，已经在许多领域得到了广泛的应用。
然而由于其特殊的结构和工作原理，直线电机在运动过程中存在着非线性、柔性等特性，这给其精密运动控制带来了很大的挑战。
因此研究基于非线性和柔性特性分析及补偿的直线电机精密运动控制方法具有重要的理论意义和实际应用价值。
首先研究非线性和柔性特性分析及补偿方法有助于提高直线电机的运动精度。
非线性特性是指直线电机在运动过程中，由于电流密度的变化而产生的磁场分布不均匀的现象。
这种现象会导致电机运动轨迹的不稳定性，从而影响到运动精度。
柔性特性是指直线电机在负载变化或环境变化时，能够自动调整参数以保持稳定运行的能力。
研究非线性和柔性特性分析及补偿方法可以有效地提高直线电机的运动精度，满足高精度运动控制的需求。
直线电机演示实验报告
一、实验目的1. 了解直线电机的基本原理和结构；2. 掌握直线电机的驱动和控制方法；3. 通过实验验证直线电机在实际应用中的性能。
二、实验原理直线电机是一种将电能直接转换为直线运动机械能的电机。
它由定子、转子和电磁铁组成。
当电磁铁通电后，在定子和转子之间产生磁场，从而产生电磁力，使转子沿着直线运动。
三、实验设备与器材1. 直线电机实验平台一套；2. 直流电源一台；3. 电流表、电压表、万用表等测量仪器；4. 计算机一台，用于数据采集和分析；5. 实验软件一套。
四、实验步骤1. 熟悉直线电机实验平台的结构和原理，了解各个部件的功能。
2. 将直线电机实验平台连接到直流电源，调整电源电压至实验要求。
3. 使用电流表、电压表等测量仪器，测量直线电机的输入电压和电流。
4. 启动实验软件，开始数据采集。
记录直线电机的运动速度、加速度等参数。
5. 调整电源电压，观察直线电机在不同电压下的运动性能。
6. 改变直线电机的负载，观察负载对电机性能的影响。
7. 分析实验数据，总结直线电机在不同工况下的性能特点。
五、实验结果与分析1. 直线电机在不同电压下的运动性能：实验结果显示，随着电源电压的升高，直线电机的运动速度和加速度也随之增加。
这是因为电磁力与电流成正比，电压升高，电流增大，电磁力增强，从而提高电机性能。
2. 负载对直线电机性能的影响：实验结果表明，直线电机在负载增加的情况下，运动速度和加速度会有所下降。
这是因为负载增加导致电机需要克服更大的阻力，从而降低了电机的运动性能。
3. 直线电机的控制方法：实验过程中，通过调整电源电压，实现了对直线电机运动速度和加速度的控制。
此外，还可以通过改变电流方向和大小，实现对直线电机运动方向的调整。
六、实验结论1. 直线电机是一种将电能直接转换为直线运动机械能的电机，具有结构简单、运动平稳、响应速度快等优点。
2. 直线电机的性能受电源电压、负载等因素的影响。
通过调整电源电压和负载，可以实现对直线电机运动性能的控制。
直线电机机电时间常数
直线电机机电时间常数
直线电机机电时间常数是指直线电机在电流或电压发生变化后，系统达到稳态的所需时间。
直线电机是一种能将电能转化为机械能的电动机，其工作原理是利用电磁场的相互作用产生的力使电机运动。
直线电机机电时间常数的大小与电机的结构和参数有关，例如线圈的电阻、电感以及负载的惯性等。
在直线电机中，机电时间常数主要由线圈的电感和电阻决定。
电感的大小决定了电流变化的速度，而电阻则决定了电流的衰减速度。
直线电机机电时间常数的大小对电机的响应速度和控制精度有重要影响。
时间常数越小，电机的响应速度越快，控制精度越高。
因此，在设计和选择直线电机时，需要根据具体的应用需求来确定机电时间常数的大小。
在实际应用中，直线电机的机电时间常数可以通过实验测量或模拟计算得到。
通过测量直线电机在电流或电压变化后的响应曲线，可以得到系统的动态响应特性，进而计算出机电时间常数。
直线电机机电时间常数的大小直接影响了直线电机的控制性能和响应速度。
在控制系统中，如果需要快速响应和精确控制直线电机的运动，就需要选择具有较小机电时间常数的直线电机。
而对于一些响应速度较慢或控制要求较低的应用，可以选择具有较大机电时间常数的直线电机。
直线电机的机电时间常数是衡量其响应速度和控制精度的重要指标。
在实际应用中，需要根据具体的需求来选择合适的直线电机，以达到最佳的控制效果。
永磁直线电机端部力抑制措施
第27卷㊀第8期2023年8月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.8Aug.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀永磁直线电机端部力抑制措施韩雪岩,㊀刘景铭,㊀朱龙飞(沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心,辽宁沈阳110870)摘㊀要:针对永磁直线同步电机端部力过高的问题,提出利用优化电机初级长度和端齿结构降低端部力抑制推力波动的方法㊂首先通过实验平台对一台现有样机进行实验,验证了仿真计算结果的准确性㊂然后设计一台11极12槽永磁直线同步电机,分别从初级长度和端齿结构(包括端部倒角结构,端部磁块,以及梯形磁块结构)两方面来削弱端部力,降低推力波动㊂其中对于梯形磁块结构,采用Kriging 代理模型与多目标遗传算法相结合对结构进行优化设计㊂结果表明,初级长度优化,推力波动削弱了30.8%㊂端齿倒角结构,端部磁块结构,梯形磁块结构,推力波动分别削弱58.5%,67.9%,70.2%㊂电机选择梯形磁块结构,推力波动抑制措施显著㊂所述降低端部力措施可对直线电机设计提供依据㊂关键词:永磁直线同步电机;端部力;端部磁块;梯形磁块;Kriging 代理模型;多目标遗传算法DOI :10.15938/j.emc.2023.08.006中图分类号:TM359.4文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)08-0054-10㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2022-04-13基金项目:辽宁省博士科研启动基金(2020-BS -143);辽宁省教育厅青年科技人才育苗项目(LQGD2020006)作者简介:韩雪岩(1978 ),女,博士,教授,研究方向为永磁特种电机及控制;刘景铭(1998 ),男,硕士研究生,研究方向为永磁特种电机及控制;朱龙飞(1988 ),男,副教授,研究方向为永磁特种电机及控制㊂通信作者:韩雪岩Measures of reducing detent force and design of linear motorHAN Xueyan,㊀LIU Jingming,㊀ZHU Longfei(National Engineering Research Center for Rare Earth Permanent Magnetic Machines,Shenyang University ofTechnology,Shenyang 110870,China)Abstract :Aiming at the problem that the end force of permanent magnet linear synchronous motor is too high,a method is proposed to reduce the end force and suppress the thrust fluctuation by optimizing the primary length and end tooth structure of the motor.In this paper,an existing prototype was experimented with through the experimental platform to verify the accuracy of the simulation calculation results.Then,an 11-pole 12-slot permanent magnet linear synchronous motor was designed to weaken the end force and reduce the thrust fluctuation from the primary length and end tooth structure including chamfer structure,end magnetic block,and trapezoidal magnetic block structure.Among them,for the trapezoidal magnetic block structure,the Kriging surrogate model and multi-objective genetic algorithm were used to optimize the structure.The results show that the thrust fluctuation is weakened by 30.8%for the primary lengthoptimization.The end tooth chamfer structure,end magnetic block structure and trapezoidal magnetic block structure are weakened by 58.5%,67.9%and 70.2%,respectively.The motor chooses a trape-zoidal magnetic block structure,and the thrust fluctuation suppression measures are significant.The measures to reduce the end forces can provide a basis for the design of linear motors.Keywords :permanent magnet linear synchronous motor;end force;end magnetic block;trapezoidalmagnetic block;Kriging agent model;multi-objective genetic algorithm0㊀引㊀言随着近几年‘中国制造2025“计划顺利实施,我国高端数控机床和机器人领域也在高速发展,而与此相关的直线电机及直接驱动方式也将大面积替代传统旋转电机+滚珠丝杆驱动方式,因此克服了传统伺服系统中由机械转换机构带来的效率低㊁体积大㊁精确度低等缺陷,趋向于高精确度与高可靠性方向发展㊂永磁直线同步电机(permanent magnet line-ar synchronous motor,PMLSM)由于其定位精确度高,响应速度快,高刚度与可靠性的同时,维护简单且噪声低,被广泛应用到高精确度数控机床,光刻机等工业自动化领域中[1-4]㊂然而,随着PMLSM直接驱动方式实现机床进给系统零传动,PMLSM自身推力波动也会直接作用于伺服控制系统,影响电机控制精确度与运行平稳性㊂所以削弱PMLSM推力波动将会极大提高电机应用范围与控制精确度㊂目前PMLSM推力波动来源可分为端部力㊁齿槽力㊁电磁脉动力㊁摩擦力㊁负载扰动等,其中摩擦力和负载扰动属于外部干扰[5],在推力波动中占比较小,而电磁脉动力是由于电枢绕组合成磁动势和空载反电势存在谐波波形,导致电磁推力包含谐波成分不能平稳输出的力[6],常规解决手段为在控制器中施加电流滤波器[7]㊂根据上述分析,推力波动主要由端部力和齿槽力产生,端部力和齿槽力也合称为磁阻力㊂相比之下,端部力对电机推力波动的影响程度较大,所以针对端部力的削弱对降低推力波动具有重要意义㊂针对如何削弱端部力,国内外学者提出了多种优化措施㊂文献[8]中对端部力用傅里叶级数推导出直线电机最优长度公式,但计算仅停留在理论层面,并未验证计算公式的可行性㊂文献[9]中利用解析计算,从削弱谐波角度优化电机动子长度,可有效降低端部力,但计算基础模型过于理想,无法对通用电机求解㊂文献[10]提出磁块结构,改变磁块参数可有效削弱端部力,并进行实验验证㊂但考虑到磁块结构相关参数较多,并未进行多参数优化,只是进行局部求解,不能保证端部力最大程度削弱㊂文献[11]中通过对PMLSM端齿处开倒角,可有效的削弱端部力,并用有限元仿真进行验证,但文献中对边齿开倒角并未从理论角度分析原因,只是单纯的利用有限元分析进行优化㊂本文首先通过实验平台验证仿真计算磁阻力结果的准确性,然后设计一台11极12槽永磁直线同步电机,并从初级结构和端齿结构两方面削弱端部力㊂针对初级结构,通过解析计算和有限元仿真,计算出最优初级长度;针对端齿结构,分别采用底部倒角结构,端部磁块结构,梯形磁块结构3种方法削弱端部力㊂其中针对梯形磁块结构,采用Kriging模型与多目标遗传算法相结合对结构优化设计㊂最后对比优化措施,选出最优结构,满足电机性能指标㊂1㊀空载推力波动计算实验验证本文采用已有11极12槽直线电机样机进行实验,验证空载推力波动仿真结果的准确性㊂直线电机样机结构参数如表1所示,直线电机样机图如图1所示,直线电机实验原理图如图2所示㊂表1㊀样机结构参数Table1㊀Structural parameters of PMLSM prototype㊀㊀参数数值相数m3槽数Q12槽宽b11/mm7槽深h11/mm25铁心高度h/mm42铁心长度L/mm168极距τ/mm16永磁体高h M/mm4气隙长度δ/mm0.8图1㊀直线电机样机图Fig.1㊀Model of linear motor实验中空载推力波动的计算原理如下:空载测量时的计算公式为F ED=F M-F X㊂其中:F M为重物负载产生的力;F ED为空载推力波动;F X为由测力计测出的拉力㊂实验中空载推力波动通过重物负载力与测力计拉力相减得到㊂55第8期韩雪岩等:永磁直线电机端部力抑制措施图2㊀直线电机实验原理图Fig.2㊀Experimental principle diagram of linear motor对于重物重量产生的拉力可以认为是由测力计产生的拉力和空载推力波动与之平衡㊂首先对电机模型进行实验测试㊂实验测试空载推力波动结果与仿真结果如图3㊁图4所示㊂实验值与计算值的比较如表2所示㊂图3㊀实验测试空载推力波动波形Fig.3㊀No-load thrust fluctuation waveform ofexperimentaltest图4㊀有限元仿真空载推力波动波形Fig.4㊀No-load thrust fluctuation waveform of finiteelement simulation 表2㊀直线电机空载推力波动的实验值与计算值Table 2㊀Experimental and calculated values of no-loadthrust fluctuation of linear motorN参数正峰值负峰值平均峰值实验样机14-2318.5软件模型15-2118㊀㊀实验测得曲线与有限元仿真曲线存在一定误差,这是由于实验受到测试平台的限制,只能0.5mm 测试一点数据㊂而考虑到直线电机在推力波动一个周期内位移16mm,一个周期只能取32个点㊂对于11极12槽电机,齿距15mm,每经过15mm 齿槽力波形经过11个周期,用32个点测量得到的结果不精确,所以实验结果相比于有限元仿真结果存在误差,二者曲线只能大致吻合㊂而推力波动峰峰值误差在2.7%左右,仿真结果与实验数据相差不大,初步验证仿真计算结果的准确性㊂2㊀直线电机初始模型设计本文参考实验样机,设计一台11极12槽永磁直线电机,电机仿真模型如图5所示㊂电机性能指标参考雅科贝思公司AKM 系列直线电机,直线电机性能指标如表3所示,电机主要尺寸参数如表4所示㊂图5㊀电机仿真模型Fig.5㊀Motor simulation model 表3㊀直线电机性能指标Table 3㊀Performance index of linear motor㊀㊀性能指标数值相数3连续额定推力/N 2000同步速/(m /s) 1.65推力波动百分比/%5额定电流/A9表4㊀电机主要尺寸参数Table 4㊀Main dimension parameters of motor㊀㊀参数数值极距τ/mm 32铁心长度L /mm 367.5铁心高度h /mm 170.0初级槽深h 11/mm 36.5初级槽宽b 11/mm 13.3齿宽t /mm 15.53永磁体厚度h M /mm 6气隙长度δ/mm 1极弧系数0.8665电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀㊀㊀对电机的推力与推力波动进行有限元仿真,如图6所示㊂图6㊀电机推力波形Fig.6㊀Waveform of motor thrust直线电机平均推力2012.3N,推力波动峰峰值283N,由于电机推力波动百分比14.4%ȡ5%,不满足电机推力波动性能指标,所以后文从初级长度和端齿结构两方面抑制端部力,降低电机推力波动㊂3㊀电机初级长度优化由于本文直线电机动子长度大于2倍极距,所以端部力可等效2个半无穷长度电枢端部受力的合力㊂如图7所示,左右端部力波形近似周期为一个极距的正弦波,通过改变动子长度来调节左右端部力互差相位,即可削弱端部力㊂图7㊀端部力波形Fig.7㊀Waveform of end force将左右端部力波形用傅里叶表达式表示,对其合力进行解析计算㊂左右两端端部力表达式以及合力表达式分别为:F R =F 0+ðɕn =1F sn sin 2n πτx ;(1)F L =-F 0+ðɕn =1F sn sin 2n πτ(x +σ);(2)F =F R +F L =ðɕn =1F sn [sin 2n πτx +sin2n πτ(x +σ)]㊂(3)式中:σ=L -mτ,L 为初级长度;m 为任意正整数;F R ㊁F L 分别为左右端部力;F 为端部力合力㊂对式(3)进一步整理可得F =2ðɕn =1F sn cos(n πτσ)sin(n πτσ+2n πτx )㊂(4)考虑到单一结果对直线电机最优长度选择的不准确性,所以对式(4)可以分成两种情况考虑,确定最优长度范围㊂第一种情况,满足下式:㊀㊀㊀㊀㊀n πτσ=k π2;(5)㊀㊀㊀㊀㊀L =(k2n+m )τ㊂(6)第二种情况,当x =L 时,满足下式:㊀㊀㊀㊀n πτσ+2n πτx =k π;(7)㊀㊀㊀㊀L =(m 3+k3n)τ㊂(8)式中:n 取值为1;k 为任意正整数(这里取值为1)㊂根据式(6)㊁式(8),分别计算出2个长度值为368mm 和374mm,即合适初级长度在368~374mm 范围内㊂并在此范围利用有限元分析计算电机推力波动峰峰值和平均推力,确定电机最优初级长度㊂电机368~374mm 推力波动峰峰值和平均推力如表5所示,变化趋势如图8所示㊂表5㊀电机不同初级长度平均推力和推力波动峰峰值Table 5㊀Peak end force of primary lengths under no-load初级长度/mm推力波动峰峰值/N平均推力/N 368271.72014.3369238.52017.7370210.62021.2371195.72024.3372209.62027.1373232.72030.3374268.12033.2由表中数据可知,直线电机初级长度为371mm时,电机的推力波动峰峰值最小为195.7N,相比于初始模型,电机推力波动削弱了30.8%,验证了解75第8期韩雪岩等:永磁直线电机端部力抑制措施析计算结果的可靠性,利用解析式计算出直线电机可选初级长度范围,避免大量利用有限元仿真,节省时间㊂图8㊀不同初级长度推力和推力波动峰峰值变化图Fig.8㊀Variation of thrust and peak to peak of thrustfluctuation at different primary lengths相比于初始长度367.5mm,初级长度371mm 时,电机推力增加满足性能指标要求,推力波动虽然不满足性能指标但也有大幅度削弱,所以后文在此电机初级长度基础上对电机推力波动进行优化㊂4㊀电机端齿结构优化根据文献[12],利用能量法对端部力进行解析计算,即F =- ΔW x =2δϕ2m μ0k 1τ2l ef 2πðɕn =11nsin n 2πτx ()㊂(9)得其幅值为f =2δϕ2mμ0k 1τ2l ef㊂(10)式中:δ为等效气隙长度;μ0为真空磁导率;k 1为磁通压缩系数;τ为极距;l ef 为动子铁心叠压长度;ϕm 为端部纵向磁通最大值㊂由式(10)可知,电机的端部纵向磁通最大值对端部力影响程度最大,所以本文通过优化边齿结构抑制纵向磁通,降低端部力㊂本文分别采用电机边齿倒角结构,端部磁块结构和一种新型的梯形磁块结构3种边齿结构对比计算㊂4.1㊀边齿倒角结构由于电机边齿底部磁密较大,所以本文对边齿底部削角,抑制纵向磁通,降低端部力㊂倒角设计方案如图9所示,削角前后电机边齿处磁力线变化如图10所示㊂图9㊀倒角设计方案Fig.9㊀Chamfer designscheme图10㊀削角后端部磁力线分布图Fig.10㊀Distribution of magnetic field lines at cut ends由图10可知,底部削角对直线电机端齿底部磁力线有明显改善㊂验证了底部倒角削弱端部力的可行性㊂本文对倒角长度x 和倒角高度y 参数化计算㊂图11为不同倒角长度与高度时永磁直线同步电机的推力与推力波动变化图㊂由图11(a)可见,随着倒角长度x 和倒角高度y 增加,电机的推力逐渐减小,在x <14mm 且y <2.4mm 时,电机推力大于2000N,满足性能指标㊂所以在此区域内,选取推力波动最小值点㊂由图11(b)可见,当倒角横向长度x =12mm,纵向长度y 为2mm 时,电机推力波动为最小值,降低到117.3N,且推力为2004.2N,推力满足指标要求,相比于电机最优初级长度时,推力波动削弱58.5%㊂4.2㊀端部磁块结构端部磁块结构的想法来源于电器学中分磁环的理论,其结构如图12所示,在磁极端面一部分套上85电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀一个导体块作为分磁环,分磁环存在可以使通过正常支路磁通与经过有分磁环支路磁通之间出现了相位差[13]㊂图11㊀不同倒角长度与高度时电机的推力与推力波动Fig.11㊀Motor thrust and thrust fluctuation at differentchamfer lengths andheights图12㊀分磁环结构图Fig.12㊀Structure diagram of magnetic ring而本文参考电器学中分磁环结构放置方法,在电机端齿外侧合适位置贴加一种与铁心材料相同的端部磁块结构,电机端部磁块结构见图13㊂图13㊀电机端部磁块结构Fig.13㊀Magnetic block structure at motor end由于电机端齿底部纵向磁通密度较大,所以应用端部磁块结构调节电机纵向磁通分布㊂通过调整磁块位置,抑制纵向磁通,进而削弱端部力㊂但考虑到电机总长需要满足最优初级长度,添加磁块会导致电机总长变长,所以将一部分电机初级长度等效成端部磁块,这样既能保证电机最优长度不变还能利用磁块结构削弱推力波动㊂电机磁块等效图见图14㊂图14㊀端部磁块等效图Fig.14㊀Equivalent diagram of end magnetic block考虑到纵向磁通的削弱的同时,负载推力也有所削弱,为了满足电机性能指标,需要选择合适的位置来放置端部磁块㊂所以本文主要针对磁块长度a ,磁块高度b ,磁块上移高度h ,3个结构参数进行参数化计算㊂由于对3个结构参数进行参数化分析,计算量较大,所以先利用控制变量法,计算单个变量对直线电机推力与推力波动的影响情况㊂然后对主要结构参数进行参数化计算㊂单个变量对推力与推力波动的影响情况见图15㊂由图15可见,磁块高度b 对电机的推力与推力波动影响最小,这是因为边齿纵向磁通集中在边齿底部,磁块变高对纵向磁通影响不显著㊂基于图中变化情况,本文确定电机磁块高度为14mm,然后利95第8期韩雪岩等:永磁直线电机端部力抑制措施用有限元分析磁块长度a 和磁块上移高度h 对推力和推力波动的影响情况,结果见图16㊂图15㊀单个变量对推力与推力波动的影响情况Fig.15㊀Impact of single variable on thrust and thrustfluctuation图16(a)显示,推力随着磁块长度a 增加和磁块上移高度h 增加而降低㊂当磁块长度a ɤ8mm,磁块上移高度h ɤ1.6mm 时,推力大于2000N,满足指标要求,所以在此区域内,选取推力波动最小值点㊂图16(b)显示,在推力满足性能指标范围内,当磁块长度a =8mm,h =1.4mm 时,电机推力波动最小值为90.7N㊂图16㊀不同磁块长度和磁块上移高度电机的推力和推力波动Fig.16㊀Thrust and thrust fluctuation of motor withdifferent magnetic block length and magnetic block upward moving height所以初步选取磁块长度a 为8mm,磁块高度b 为14mm,磁块上移高度h 为1.2mm,电机推力波动为90.7N,推力为2003.2N,相比于电机初始模型,推力波动削弱67.9%㊂4.3㊀梯形磁块结构由于电机边齿倒角和磁块结构都可以对电机纵向磁通进行削弱,降低端部力,抑制电机推力波动㊂所以本文提出一种新结构,将磁块结构与倒角结构相结合,在边齿处贴上一个近似梯形的磁块结构,最大程度上削弱电机端部力㊂含梯形磁块结构见图17㊂6电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图17㊀梯形磁块结构Fig.17㊀Trapezoidal magnetic block structure考虑到边齿处磁块优化变量较多,参数化计算较为复杂,本文利用Kriging 代理模型与多目标遗传算法结合的优化方法,对多结构参数进行寻优,最大程度削弱端部力,满足电机指标要求㊂其优化过程为:首先确定约束与优化目标:确定4个优化变量的取值范围,明确优化目标推力与推力波动㊂其次选取样本空间:利用拉丁超立方试验设计,对4个优化变量进行随机取样,构建样本空间,并用有限元分析计算各样本点的推力与推力波动㊂然后构建代理模型:利用已有样本空间构建Kriging 代理模型最后目标寻优,利用多目标遗传算法对优化目标推力与推力波动进行优化收敛,获得pareto 解集选择最优参数结构㊂1)确定约束与优化目标㊂针对磁块上移高度h ,磁块长度a ,磁块高度b和倒角高度y 约束条件为:0ɤh ɤ2mm;6mmɤa ɤ10mm;6mmɤb ɤ14mm;0ɤy ɤ3mm㊂üþýïïïïï(11)优化目标是保证推力和推力波动满足如下指标要求:F ȡ2000N;F pk2pkɤ100N㊂}(12)式中:F 为电机平均推力;F pk2pk 为电机推力波动峰峰值㊂2)选取样本空间㊂本文采用拉丁超立方抽样(Latin hypercube,LH),是一种从多元参数分布中近似随机抽样的方法㊂样本点选取中设置样本维度为4,样本点为150,对抽样选出的样本点进行有限元计算,计算出电机的平均推力与推力波动峰峰值,为后面的Krig-ing 代理模型的搭建提供数据准备㊂3)代理模型搭建㊂在150个样本点的基础上,搭建Kriging 代理模型,并在此基础上进行优化设计,得到预测更加准确的改进Kriging 代理模型,降低模型的预测误差㊂改进Kriging 代理模型流程图见图18㊂图18㊀改进Kriging 代理模型流程图Fig.18㊀Flow chart of improved Kriging agent model构建代理模型后,选取10个验证点对代理模型的误差进行检验,代理模型检验误差见表6㊂表6㊀代理模型检验误差Table 6㊀Surrogate model text error%㊀模型代理模型平均误差推力推力波动Kriging 9.9620.01改进Kriging4.147.84由表中数据可知,在经过改进后得到Kriging 模型极大程度上降低了原模型的误差,提高了预测精确度㊂16第8期韩雪岩等:永磁直线电机端部力抑制措施4)目标寻优㊂在改进Kriging 代理模型的基础上,利用多目标遗传算法来实现永磁直线同步电机梯形磁块结构的多目标优化㊂设定初始样本数为4000,每次迭代样本选取800,经过10次迭代,选取2个最优结构参数㊂迭代过程见图19,优化结果见表7,表8㊂图19㊀推力波动峰峰值和推力迭代过程Fig.19㊀Peak to peak value of thrust fluctuation andthrust iteration process表7㊀电机最优梯形磁块结构参数Table 7㊀Optimal structure parameters of trapezoidal mag-netic block of motor㊀㊀参数优化点1优化点2磁块上移高度h /mm 0.640.84磁块长度a /mm 8.288.26磁块高度b /mm 7.367.95倒角高度y /mm0.780.58表8㊀电机优化结果Table 8㊀Motor optimization results参数推力/N误差值/%推力波动峰峰值/N 误差值/%模型优化点12000.0仿真验证点12000.30.0180.9885.71 5.84模型优化点22000.2仿真验证点22000.282.7584.151.69㊀㊀由表中优化结果可知,针对电机推力,Kriging 模型对电机推力的优化准确度很高,误差值几乎可以忽略,电机推力也稳定在2000N 附近㊂针对电机推力波动,误差值也稳定在平均误差之下,最优点推力波动峰峰值也降低到84.15N㊂相比于电机初始模型,推力波动削弱了70.2%,推力波动百分比为4.2%,满足电机指标要求㊂最后对4种措施进行对比:初级长度优化,倒角优化,端部磁块结构,梯形磁块结构优化数据对比见表9㊂表9㊀4种方案数据对比Table 9㊀Data comparison of four schemes参数推力波动峰峰值/N推力波动百分比/%初始电机28314.4长度优化195.79.67倒角优化117.3 5.85端部磁块90.7 4.52梯形磁块84.154.2对比数据可得,选择梯形磁块结构,推力2000.2N,推力波动峰峰值84.15N,推力波动百分比为4.2%,满足电机性能指标㊂5㊀结㊀论本文首先通过实验平台对一台现有样机的磁阻力进行实验,将实验测得空载推力波动数据与仿真值对比,其差值小于2.7%,由此验证了仿真计算的准确性㊂然后针对11极12槽永磁直线电机推力波动难以达到性能指标要求,从初级长度与端齿结构两方面削弱端部力,降低推力波动,结论如下:1)针对电机初级角度,利用傅里叶分解,推导出直线电机最优长度计算公式,可计算出电机最优初级长度范围,提高公式通用性㊂并在此范围内利用有限元仿真进一步优化电机长度,可得电机最优长度为371mm,推力波动195.7N,相比于原始电机,推力波动削弱了30.8%㊂2)针对端齿结构,分别采用底部倒角结构,端部磁块结构,以及梯形磁块结构,3种方法削弱端部力,降低推力波动,可将电机推力波动分别削弱58.5%㊁67.9%㊁70.2%㊂其中,考虑到梯形磁块结构的多参数的计算复杂性,选用基于Kriging 代理模26电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀型的多目标遗传算法的优化方案,在满足电机性能指标的基础上可最大程度削弱端部力,降低推力波动㊂最后选择梯形磁块结构,推力2000.2N,推力波动峰峰值84.15N,推力波动百分比为4.2%,满足电机性能指标㊂但是由于磁块为导电物质,在磁场变化下容易引起涡流损耗,可能导致磁块温度过高对电机本体造成影响,需要后续实验进一步分析㊂参考文献:[1]㊀陈兴林,杨天博,刘杨.直线电机定位力波动的辨识及迭代补偿方法[J].电机与控制学报,2015,19(2):60.CHEN Xinglin,YANG Tianbo,LIU Yang.Method of cogging force compensation for linear motor based on model identification and iterative learning[J].Electric Machines and Control,2015, 19(2):60.[2]㊀沈燚明,卢琴芬.初级励磁型永磁直线电机研究现状与展望[J].电工技术学报,2021,36(11):2325.SHEN Jianming,LU 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直线电机导程
直线电机导程
直线电机导程是指直线电机的运动轴向移动一定距离所需的脉冲数或编码器计数数值。
直线电机是一种利用直线电磁力作用于铁心上，以实现线性运动的电动机。
与传统旋转电机相比，直线电机具有更高的精度、更快的响应速度、更低的噪声和更长的寿命。
直线电机导程的大小取决于直线电机的结构和控制系统的设计。
在设计直线电机时，需要根据具体的应用需求选择合适的导程。
一般来说，导程越小，直线电机的分辨率越高，但是速度和加速度会受到限制。
相反，导程越大，速度和加速度就可以更高，但是分辨率会降低。
直线电机的导程可以通过改变其控制系统的参数来进行调整。
一般来说，导程越小，需要更多的脉冲或编码器计数才能实现相同的运动距离。
因此，在设计直线电机控制系统时，需要根据导程大小来确定脉冲或编码器计数的分辨率。
此外，还需要考虑控制系统的采样周期、控制算法和传感器的精度等因素。
直线电机导程的大小对直线电机的性能和应用有着重要的影响。
在工业生产和自动化设备中，直线电机通常用于定位、传送、搬运和加工等领域。
在医疗设备、航空航天和机器人等领域，直线电机也有着广泛的应用。
为了满足不同领域的需求，直线电机导程的大小需要根据具体情况进行调整和优化。
直线电机导程是直线电机运动控制中的关键参数之一。
在设计直线电机时，需要根据具体应用需求选择合适的导程，并根据导程大小来确定控制系统的参数。
通过优化导程大小，可以实现直线电机的高精度、高速度和高可靠性，从而为各个领域的应用提供更好的解决方案。
直线电机综述
直线电机综述作者：常淑英李赞来源：《科学与财富》2020年第07期摘要：直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能的电力传动装置。
它可以省去大量中间传动机构，加快系统反映速度，提高系统精确度，所以得到广泛的应用。
直线电动机的种类按结构形式可分为;单边扁平型、双边扁平型、圆盘型、圆筒型（或称为管型）等;按工作原理可分为：直流、异步、同步和步进等。
对近几年来国内外直线电机运用进行了全面的综述。
关键词：直线电机;传动装置;结构一、直线电机的结构：直线电机的运动形式是沿直线运动，不同于旋转电机需要螺纹传动装置。
直线电机由旋转电机转化而来，将旋转电机按其圆柱形径向横截面切开，平铺展成平面结构，就形成了直线电机。
旋转电机结构是由动子和定子组成，线圈绕组一端的是定子，而中间自由旋转的一端是动子，由旋转电机定子展开的一侧称为直线电机初级，由旋转电机动子展开的一侧称为直线电次级。
可以看出线圈绕组在旋转电机结构中是定子，固定不动，而在直线电机结构中是初级，可以相对运动[1]。
二、直线电机的工作原理直线电机是在传统电动机的基础上演变而来，是将传统电动机的转子和定子展开成直线，从而实现将原来的旋转运动变为往复运动，传统电动机主要有支座、转子、定子线圈、主轴、接线盒五个主要部分组成，无论是对有刷电机还是无刷电机，内转子还是外转子结构，都由定子和转子组成，供电时在电机线圈内产生旋转磁场，并产生扭矩并驱动转子进行旋转运动[2]。
三、直线电机的发展：1840年，Wheatstone开始提出和制作了最早的直线电机，直至20世纪50年代中期，控制技术及材料技术的飞速发展和新型控制元器件的不断涌现，使直线电机的理论和应用获得了迅速的发展。
自20世纪90年代以来，由于高速、精密机床进给系统的需要，使直线电机的优越性充分体现出来，直线电机的研究成为热点领域。
目前，国外比较著名的直线电机制造商主要有美国的Anorad、ParkerHannifin、Aerotech Kollmorgen公司德国的Simens、Indramat公司和日本FANUC、Mitsubishi公司等。
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结构参数对直线电机性能的影响
文章主要以扁平型短次级长初级直线感应电机为分析对象。
文章采用有限元分析软件Ansoft对铜钢复合次级直线电机进行仿真研究，分别分析了气隙大小、次级铁轭厚度、铜层厚度对电机性能的影响。
对直线电机的设计开发有一定的帮助。
标签：直线感应电机；铜钢复合次级；Ansoft
直线电机由于可以直接产生直线运动，省去了由旋转运动转化为直线运动繁琐的中间传动机构，可以替代机械机构用于直线传动[1]。
直线电机结构简单、速度快、控制精度高，在直线传动领域的应用越来越广泛。
1 有限元分析
考虑到直线电机的运动速度比较低，可以使用缓慢直线运动导电媒质中的电磁场方程[2]进行研究：
（1）
式中，、、分别为X、Y、Z轴的单位矢量，为外加电流密度复振幅矢量，为矢量磁位复振幅矢量，、、为三个坐标轴的矢量磁位的复振幅的分量，？滋0为空气磁导率，？酌为次级导电板（铜层）的电导率，？棕为供电电源的角频率，v为次级运动速度，涡流场分析时速度为0。
以X-Y平面为二维场仿真，Y方向为次级运动方向。
电流只在Z轴方向流动，所以，，（1）式可简化為：
式中，？琢=，？子为极距。
2 仿真模型建立
本文用涡流场与瞬态场结合的方法对直线电机进行分析，涡流场可以仿真稳态情况，瞬态场可以仿真动态情况并能获得Fs曲线。
对直线电机的模型进行仿真时为了减小纵向端部效应的影响，本文采用了6极电机，当电机极数大于或等于6时静态纵向端部效应的影响可以忽略不计[2]。
初级、次级铁轭均采用硅钢片，可以认为电导率为0，不需要考虑涡流与磁场透入深度的影响。
图1为直线电机仿真模型，为了简化分析，将电机设计为无槽电机。
无槽电机相当于将气隙变大，对于本文的研究不存在影响。
3 仿真结果与分析
3.1 气隙大小对电机性能的影响
保持其他条件不变，只改变气隙大小，起动推力仿真结果如表1所示。
（相电流f=50Hz，幅值2500A，转差率S=1）
改变气隙大小，在相同的激励下气隙磁密平均值如表2所示。
從表2中可以看出在相同的激励下，气隙越大，气隙中的磁密越小，导致电机出力减小。
气隙的增大导致了励磁电抗的减小，相同的电流激励产生的磁场更弱，导致气隙磁密更小。
所以在进行直线电机设计时在机械方面允许的情况下应尽量减小气隙。
3.2 次级铁轭厚度对电机性能的影响
保持其他条件不变，只改变次级铁轭厚度，起动推力仿真结果如表3所示。
（相电流f=2Hz，幅值2500A，转差率S=1）
从表3中可以看出在保持初级电流恒定的情况下，随着次级铁轭厚度的增大电机推力逐渐增加，当厚度增加到一定程度时，电机推力变化很小。
造成这种现象的原因在于次级铁轭厚度过小导致导磁面积减小，铁轭容易达到饱和，导致磁导率下降，气隙磁密下降从而使推力减小。
所以次级铁轭厚度应保证在额定电流时次级铁轭磁密不达到饱和。
3.3 次级导电层厚度对直线电机性能的影响
对次级导电层厚度的影响进行研究时，保持了直线电机气隙大小不变，即次级铁轭到初级距离不变，因为铜的磁导率跟空气相同。
仿真了次级铜层厚度分别为1、2、3、4mm的情况，电机的Fs特性曲线。
从仿真结果可以看出不同厚度铜层电机的特性曲线中推力最大值相差很小，且变化趋势非常像旋转电机的转子串电阻调速。
事实上铜钢复合次级的铜层就相当于次级的电阻，改变铜层的厚度就相当于改变了导电截面积，改变了次级的电阻大小，使电机的特性曲线发生了变化。
但是实际情况是改变次级铜层厚度虽然电磁气隙没有发生变化，但导致了机械气隙发生了变化。
所以改变次级铜层厚度需要综合机械气隙一起考虑。
4 结束语
针对不同结构参数的铜钢复合次级进行仿真研究发现，在机械方面允许的情况下气隙越小电机性能越好。
次级铁轭厚度应该保证额定电流下不使次级铁轭达到饱和。
而次级导电层厚度的选择，需要综合考虑特性曲线与机械气隙的大小进行选择。
参考文献：
[1]叶云岳.直线电机原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2]上海工业大学，上海电机厂.直线异步电动机[M].北京：机械工业出版社，1979.。