[发明专利]一种考虑气隙波动的永磁同步直线电机推力精确预测方法

权利要求书

1.一种考虑气隙波动的永磁同步直线电机推力精确预测方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤一，根据电机安装位置和机械结构参数，计算考虑机械振荡后的电机实际气隙g′(x₀,t)；其中，x₀表示电机动子坐标系下的不同位置；

步骤二，引入相对磁导函数λ_g(x₀,t)＝g/g′(x₀,t)，描述电机气隙波动对电机气隙磁场分布的影响；其中，g为理想气隙；并将其在动子全长范围内进行周期延拓和傅里叶展开如下，

其中，a₀，a_n和b_n为傅里叶系数，L为电机动子全长；

步骤三，根据麦克斯韦方程组对矢量磁位建立永磁体磁场方程，通过对各区域的边界施加关于磁场强度的切向分量和法向分量的边界条件，求解得到永磁体产生的基本磁场强度B₀(x,t)；然后利用保角变换计算得到考虑齿槽效应和端部效应的电机气隙磁场强度：

B(x,t)＝λ_s(x,t)λ_e(x,t)B₀(x,t)

其中：λ_s(x,t)是齿槽效应相对磁导函数，λ_e(x,t)是端部效应相对磁导函数，x是定子坐标系下的不同位置；

步骤四，在步骤三的基础上，引入步骤二得到的考虑气隙变化的相对磁导函数，得到电机动子任一点处的气隙磁场分布：

B_g(x+x₀,t)＝λ_g(x₀,t)B(x+x₀,t)

对气隙磁场分布在动子全长上求积分，得出总体的气隙磁场强度，即

步骤五：综合考虑伺服驱动电流输出谐波，依赖于步骤四中得到的气隙磁场强度，利用电磁能量法计算得到考虑气隙波动的电机推力F，

式中：k＝a、b、c，表示线圈的a,b,c三相；i_k是伺服驱动输出电流；v是进给速度；N是线圈匝数；l是线圈宽度；τ是电机极距；x_a为动子初始位置。

2.根权利要求1所述的一种考虑气隙波动的永磁同步直线电机推力精确预测方法，其特征在于，步骤一中，以动子中心为原点，对于动子下表面任一点x₀，气隙大小g′(x₀,t)为：

g′(x₀,t)＝g-x₀θ(t) x₀∈(-L/2,L/2)

式中，g为电机理想气隙，g′(x₀,t)是考虑振动的实际气隙，L为电机初级长度，θ(t)为扭转振荡角位移。

3.根权利要求2所述的一种考虑气隙波动的永磁同步直线电机推力精确预测方法，其特征在于，通过实验测试或者仿真模型得到永磁同步直线电机进给系统工作台的扭转振动信号，提取扭转振动的幅值、频率和相位信号特征，得到扭转振荡角位移θ(t)，

式中，A_θ为扭转振动的角幅值，ω₀为扭转振动的角频率，t为时间，为初始相位角。

4.根权利要求2所述的一种考虑气隙波动的永磁同步直线电机推力精确预测方法，其特征在于，步骤二中，引入考虑气隙变化与恒定气隙的相对磁导函数如下，描述电机气隙波动对电机气隙磁场分布的影响，

其中，θ(t)为扭转振荡角位移。