正文描述:《用于机械压力机伺服直驱开关磁通永磁电机设计与优化》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、文章编号:1672—0121(2013)06—0023—04用于机械压力机伺服直驱的开关磁通永磁电机的设计与优化梁锦涛,赵升吨。谢嘉:。赵永强1,3(1.西安交通大学机械工程学院,陕西西安710049;2·上海海洋大学工程学院,上海201306;'II3.陕西理工学院机械工程学院,陕西汉中7230005摘要:开关磁通永磁电机由于具有较好的鲁棒性和较高的转矩功率密度,特别适用于机械压力机的伺服直驱来提高压力机运行性能。本文阐述了开关磁通永磁电机的拓扑结构和运行原理,提出一种用于驱动机械压力机的开关磁通永磁电机的设计与优化方法。关键词:机械设计;机械压力机;伺服直驱
2、;开关磁通永磁电机;有限元分析;响应面优化中图分类号:TG315.5文献标识码:A0引言介绍FSPMM的拓扑结构及运行原理,并根据压力机械压力机是金属成形加工领域广泛使用的锻机的驱动要求首先对FSPMM的主要尺寸及参数进压设备【”,目前已发展到由交流伺服电机伺服直驱的行理论计算,然后利用有限元法分析FSPMM的输第三代机械压力机。实现机械压力机的伺服直驱能出性能,并结合曲面响应法对FSPMM进行优化设够提高压力机工作效率,降低能耗和噪声,提高滑块计,从而提出一种用于伺服直驱机械压力机的运动可控性[2]。但由于交流伺服电机扭矩和功率密度FSPMM的设计与优化方法。
3、较低,使得电机造价昂贵;同时传动系统还需要保留大惯量飞轮[3J,不利于实现压力机的柔性化加工。交1FSPMM的拓扑结构和运行原理流伺服压力机的研制很大程度上取决于直驱电动机如图1所示为一种最为常见的三相12/10极的的性能参数。开关磁阻电动机(SwitchedReluctanceFSPMM拓扑结构,FSPMM的定子铁心制造成U形Motor,SRM)作为一种结构简单、成本低、鲁棒性好模块,周向充磁的永磁体间隔放置在两个u形铁芯和运行可靠性高的调速电机,在压力机驱动领域得模块之间,且相邻两个永磁体充磁方向相反,各相线到广泛研究和应用。但由于SRM的输出力矩完全圈以集
4、中绕组的形式缠绕在两个u形铁芯齿和永由磁阻转矩构成,其扭矩密度甚至比现行交流伺服磁体形成的“三文治”上。转子铁芯呈凸极式结构,当电机还低,同时还存在较大的力矩脉动,并不是压力转子磁极与“三文治”结构中的一个齿对齐时,绕组机伺服直驱的理想动力源。的匝链磁通达到最大;如图2所示,当转子凸极与相随着现代电机设计与应用技术的发展,出现不邻定子齿对齐时,绕组匝链磁通方向反转且达到最同拓扑形式的永磁电机。开关磁通永磁电机(FluxSwitchingPermanentMagnetMotor,FSPMM)是一种永磁体安装在定子上的电机,转子上只存在导磁铁心,结构上具有与SRM一
5、致的鲁棒性,有利于承受压力机加工过程中的冲击载荷。FSPMM的永磁体和电枢绕组均放置在定子上,其磁场相互作用产生足够大的永磁力矩,具有较高的扭矩和功率密度。本文收稿日期:2013—06—25作者简介:梁锦涛(1984一),男,博士在读,从事数字式交流伺服及直A4线电机驱动的机械设备研究图112/10极FSPMM结构示意图寸,从而完成FSPM的初步设计,获得电机初始结构定h==6。保持b不变,改变b的同时也使b尺寸及参数,如表2所示。发生反向变化,另外在D。确定情况下,内外径比表2FSPMM初始结构尺寸及参数的大小决定了永磁体的用量和输入绕组电流安匝参数数值参数数
6、值数,因此本文以研究三个尺寸参数Ksb、b对D500mm15.1mmFSPMM输出转矩、转矩脉动的影响,以输出转D325mmh15.1IBm矩大小满足驱动要求为约束条件,转矩脉动最/l,4gO.65psl2为优化目标进行优化。三。120mmpr10利用响应面分析法设定因子采样样本尺寸,通61mmh20.8mm过电磁场有限元分析获得样本结果,建立响应曲面bh15.1mm,140A数学模型,设定优化目标完成尺寸优化设计【“J。表3b15.1mmNk30所示为利用中心复合序贯(CCC)设计RSM模型的b15.1mm{83‘33Hz表3CCC试验设计的3个因子的变化范围
7、/mmb2.1mm因子规范水平因子自然水平样本bPbK6b3基于有限元分析的FSPMM响应曲面优化设计1—1—1—10.613.112在确定FSPMM外形尺寸Dso、La的情况下,需21—1—1O.813.1l2要对其他影响FSPMM输出性能的尺寸参数进行优3—11—10.617.112化。本文采用电磁场有限元分析方法获得不同尺寸411一l0.817.1l2参数下的电机输出性能参数,并利用响应曲面分析5—1一l1O.613.118法进行尺寸参数优化。61—11O.813.1183.1FSPMM电磁场有限元分析7—111O.617.118根据表2的FSPMM初始结
8、构尺寸及参数在81110
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