磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究

摘要/Abstract

摘要：

根据磁悬浮永磁直线电动机的特殊结构与运行机理，给出了电动机电磁推力和悬浮力的数学模型。建立了磁悬浮永磁直线电动机的有限元计算模型，对气隙磁密、电磁推力和悬浮力进行了有限元计算，并对气隙磁密作了谐波分析。设计了磁悬浮永磁直线电动机的研究样机，制作了磁悬浮子系统和进给伺服子系统，对系统进行实验研究，获得了磁悬浮子系统和进给子系统运行的实验结果。实验研究结果表明，该磁悬浮永磁直线电动机可实现直接驱动与无摩擦运行。

关键词: 数控机床, 永磁直线电动机, 磁悬浮, 控制系统

Abstract:

According to the special structure and operation mechanism of the maglev permanent magnet linear motor, a mathematical model of electromagnetic thrust and levitation force of the motor was given. The finite element calculation model of maglev permanent magnet linear motor was established. The air gap flux density, magnetic thrust and levitation force were calculated by finite element method, and the air gap flux density was carried out by harmonic analysis method. A research prototype of the maglev permanent magnet linear motor was design. The magnetic suspension subsystem and the feed servo subsystem were made. The results of the magnetic suspension subsystem and feed subsystem were obtained by experiments. Experimental results show that adopting the maglev permanent magnet linear motor can achieve the feasibility of direct drive and frictionless operation.

Key words: CNC machine, permanent magnet linear motor, magnetic levitation, control system

中图分类号:

TM383

蓝益鹏, 刘宇菲. 磁悬浮永磁直线电动机及其控制系统研究[J]. 中国机械工程, 2015, 26(13): 1815-1819.

Lan Yipeng, Liu Yufei. Research on Magnetic Levitation Permanent Magnet Linear Motor and Its Control System[J]. China Mechanical Engineering, 2015, 26(13): 1815-1819.

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参考文献

[1]田录林，张靠社，王德意，等.永磁导轨悬浮和导向磁力研究[J].中国电机工程学报，2008，28(21)：135-139.
Tian Lulin，Zhang Kaoshe，Wang Deyi，et al.Research on the Levitation and Guidance Magnetic Force of Permanent Magnetic Guideway[J]. Proceedings of the CESS，2008，28(21)：135-139.
[2]陆华才，江明，郭兴众，等.永磁直线同步电机推力波动约束[J].电工技术学报，2012，27(3)：128-132.
Lu Huacai，Jiang Ming，Guo Xingzhong，et al.Thrust Ripple Suppression for Permanent Magnet Linear Synchronous Motor[J]. Transactions of China Electrotechnical Society，2012，27(3)：128-132.
[3]任新宇，王晓琳.H桥驱动下的单绕组无轴承薄片电机功率系统故障分析及容错控制[J].中国电机工程学报，2012，32(15)：74-84.
Ren Xinyu，Wang Xiaolin.Power Inverter Fault Analysis and Fault-tolerant Control of a Single Winding Bearingless Slice Motor Driven by H-bridge[J]. Proceedings of the CESS，2012，32(15)：74-84.
[4]王晓琳，盛旺，邓智泉，等.多相无轴承永磁薄片电机故障运行特性分析[J]. 中国电机工程学报，2011，31(18)：73-78.
Wang Xiaolin，Sheng Wang，Deng Zhiquan，et al.Operating Characteristics Analysis of Multi-phase Bearingless Permanent Magnet Slice Motors with Faulty Phases[J].Proceedings of the CESS，2011，31(18)：73-78.
[5]刘成颖，王昊，张之敬，等.基于非线性电感分析的永磁直线同步电机电磁推力特性研究[J].中国电机工程学报，2011，31(30)：69-76.
Liu Chengying，Wang Hao，Zhang Zhijing，et al.Research on Thrust Characteristics in Permanent Magnet Linear Synchronous Motor Based on Analysis of Nonlinear Inductance[J].Proceedings of the CESS，2011，31(30)：69-76.
[6]卢琴芬，叶云岳.混合励磁直线同步电机的磁场与推力[J].中国电机工程学报，2005，25(10)：127-130.
Lu Qinfen，Ye Yunyue.Magnetic Field and Thrust of Hybrid Excitation Linear Synchronous Motor[J]. Proceedings of the CESS，2005，25(10)：127-130.
[7]王昊，张之敬，刘成颖.永磁直线同步电机纵向端部效应补偿方法[J].中国电机工程学报，2010，30(36)：46-52.
Wang Hao, Zhang Zhijing，Liu Chengying.Compensation Methods of Longitudinal End in Permanent-magnet Linear Synchronous Motor[J]. Proceedings of the CESS，2010，30(36)：46-52.
[8]蓝益鹏，贺伟.参数不确定性的磁悬浮直线伺服系统非脆弱H∞控制器设计[J].组合机床与自动化加工技术，2013(11)：85-87.
Lan Yipeng，He Wei.Non-fragile H∞ Controller Design for Magnetic Levitation Linear Servo System of Uncertain Parameters[J]. Modular Machine Tool and Automatic Manufacturing Technique，2013(11)：85-87.

[1]	戴鑫, 刘焕牢, 王宇林, 李想. 一种基于加工轨迹灵敏度指标的数控机床关键几何误差辨识方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(12): 2862-2869.
[2]	刘伟渭, 李阔, 王泓霁, 余玺. 磁悬浮列车随机非线性最优控制研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(11): 2583-2592.
[3]	刘伟渭, 李阔, 余玺, 唐爽权. 磁悬浮列车首次穿越失效可靠性研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(10): 2232-2240.
[4]	李海涛, 徐曙磊, 王雅雯, 白晓宾, 荆晓宁. 基于外部实物标准的激光跟踪仪基站标定原理及方法研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(08): 1875-1882.
[5]	田海龙1, 2, 孙雨治1, 2, 杨兆军1, 2, 刘志峰1, 2, 陈传海1, 2, 何佳龙1, 2. 数控机床可靠性的故障模式、影响及危害分析研究现状及发展趋势[J]. 中国机械工程, 2025, 36(07): 1430-1441.
[6]	李冲, 栢新, 童玉健, 方记文. 低频大位移多工作模式压电直线驱动器非线性迟滞控制及实验研究[J]. 中国机械工程, 2025, 36(03): 493-503,514.
[7]	张文斌, 刘焕牢, 王宇林, 周恒宇. 双转台五轴数控机床旋转轴位置无关几何误差辨识[J]. 中国机械工程, 2024, 35(06): 1023-1033.
[8]	李迎春, 聂傲男, 杨明宣, 朱定康, 邱明, 杨更生. 主动磁悬浮轴承系统保护轴承热特性研究及减摩设计[J]. 中国机械工程, 2024, 35(04): 646-655.
[9]	张文军, 王文奇, 张晓东, 林威, 张燕东, 白振华, . 1180 MPa级超高强钢冷连轧过程的厚度综合控制技术[J]. 中国机械工程, 2024, 35(02): 347-353，370.
[10]	张明亮, 杨大伟, 李明远, 杨新梦, 刘丽茹, 张连朋. 永磁轨道参数优化和悬浮力特性研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(19): 2370-2380.
[11]	李健, 慕宗燚, 杜彦斌, 黄广全, 冉琰. 基于元动作的数控机床可用性分析方法研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(15): 1848-1855.
[12]	王征, 董九志, 陈云军, 蒋秀明, . 碳纤维增强碳/碳坩埚预制体柔性缠绕成形系统设计与实验研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(10): 1184-1190,1198.
[13]	李子麟, 时振刚, 铁晓艳, 杨国军, 任文亮, 姚佳康, 王玉明, 王子羲. 重型磁悬浮转子跌落保护轴承失效机理[J]. 中国机械工程, 2023, 34(09): 1009-1018.
[14]	李朕均, 赵春雨. 进给系统角接触球轴承的热力耦合分析[J]. 中国机械工程, 2023, 34(07): 821-829.
[15]	李东阳, 袁东风, 张海霞, 郑安竹, 狄子钧, 梁道君, . 云边端协同的机床刀具故障智能诊断系统研究[J]. 中国机械工程, 2023, 34(05): 584-594.