宁建荣 夏加宽 沈 丽 王成元

1.沈阳工业大学,沈阳,110178 2.沈阳化工大学,沈阳,110142

基于有限元法的永磁直线同步电动机动子瞬态振动预测

宁建荣1,2夏加宽1沈 丽1王成元1

1.沈阳工业大学,沈阳,110178 2.沈阳化工大学,沈阳,110142

提出在设计阶段进行永磁直线同步电动机动子振动预测的方法。利用有限元分析方法对电动机动子进行动力学计算,获得加速度频响函数;对电动机进行电磁力分析,建立电磁力、电流的关系;利用MATLAB对电动机进行瞬态运行仿真,获得瞬态电磁力;运用加速度频响函数得到动子瞬态加速度响应。仿真结果显示:瞬态比稳态振动更复杂。该方法为永磁直线同步电机的优化设计提供依据。

永磁直线同步电动机;振动;有限元法;超精密机床

0 引言

永磁直线同步电动机(permanent magnet linear synchronicmotor,PM LSM)具有高动态性能、高精度和免维护等特性,越来越广泛地用于直接驱动超精密数控机床的进给工作台。目前,超精密加工机床的定位精度已达10nm以下,形位公差达到0.1nm[1],这对PM LSM 性能提出了更高的要求。

PM LSM存在周期波动的推力和法向力,其中法向力比推力大一个数量级。周期波动的电磁力降低了伺服系统的控制特性,影响系统的精度,它也是进给系统的主要激振力。Lee等[2]指出永磁同步电动机的振动是由磁力及定子变形引起的,他们在考虑机械和电磁耦合的基础上,分析了电动机的气隙磁场力、固有频率、模态以及机械变形;Chen等[3]预测了不同极/槽比在空载和负载情况下的永磁同步电动机的电磁振动和噪声。……