直线电机齿槽效应是什么
2020-11-03 16:02:47
徽硕实业
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直线电机按照核心部件结构,可分为无铁芯直线电机与有铁芯直线电机两大类。无铁芯直线电机绕组封装于环氧树脂内部;有铁芯直线电机绕组装配在铁芯叠片结构上。铁芯叠片带有齿状凸起,用于将电磁磁通汇聚至次级磁钢,绕组布置在齿槽之间。该结构会在初级、次级之间产生较强磁吸力,使有铁芯直线电机能够输出较大推力,但叠片开槽会带来齿槽效应现象。

当开槽的初级部件经过次级磁钢时,铁芯齿相对于磁钢存在磁阻最优位置。当动子到达这些位置,维持电机持续运动需要额外克服磁阻力。这种推力周期性波动现象即为齿槽效应。齿槽效应会降低有铁芯电机运动平稳性,在对运动平顺性、恒推力、匀速特性要求较高的场景,有铁芯电机适配性通常不如无铁芯结构。
齿槽效应的硬件与软件抑制方案
行业有多种方式削弱齿槽效应。常见机械手段包含磁极错位斜极、叠片齿槽斜切、磁钢外形优化。但以上三种方式,在削弱齿槽力的同时,也会在一定程度降低电机输出推力与电磁效率。
另一类抑制方案依靠磁势相互抵消,采用分数槽绕组结构,初级叠片齿数量多于次级磁钢极数,削弱内部齿槽带来的推力波动;再通过叠片两端增设三角形补偿结构,端部组件生成大小相等、相位相反的作用力,抵消叠片外齿产生的齿槽力。
除本体机械优化外,不少伺服驱动器、运动控制器内置齿槽力补偿算法。通过实时调整电机输出电流,减小推力、速度波动。在系统调试到位的前提下,齿槽补偿算法可以改善有铁芯电机运动平顺度,接近无铁芯电机的运动表现,最终效果受编码器分辨率、驱动器性能、实际负载工况制约。
经过调试的伺服补偿算法,可有效抑制有铁芯电机的齿槽效应,在适配工况下实现接近无铁芯直线电机的运动性能。