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.pdfVIP

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； II 3．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 ；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 ：A 0 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 。 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 1 FSPMM 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 (SwitchedReluctance FSPMM 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 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 (Flux SwitchingPermanentMagnetMotor，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1 12／10极FS