永磁同步車床電主軸的電磁設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究.pdf

1、電主軸是數(shù)控車床的核心功能部件。永磁同步電主軸相比于異步電主軸具有轉(zhuǎn)子原理上不發(fā)熱、效率高、功率密度大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，在軸類零件的粗精車加工中具有廣泛用途。為滿足低速粗車和高速精車加工需求，要求永磁同步電主軸同時(shí)具備低速大扭矩特性和高速弱磁擴(kuò)速性能，這使得永磁同步電主軸電機(jī)設(shè)計(jì)具有自身特征，如轉(zhuǎn)子內(nèi)孔宜盡量大，鐵心長(zhǎng)度宜盡量短以確保軸系剛性，但導(dǎo)致慣量大。目前，在永磁同步車床電主軸電磁設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化方面的研究尚不充分，亟需深化研究。

2、
　　本文基于等效磁路法，采用MATLAB開(kāi)發(fā)了永磁同步車床電主軸電磁設(shè)計(jì)程序。采用開(kāi)發(fā)程序設(shè)計(jì)了一款功率20.9kW/1000rpm永磁同步車床電主軸電機(jī)電磁方案，研究揭示了氣隙長(zhǎng)度、定子繞組參數(shù)、轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)、永磁體幾何參數(shù)等對(duì)電機(jī)穩(wěn)態(tài)電磁性能的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)穩(wěn)態(tài)電磁性能的優(yōu)化。
　　為提高永磁同步車床電主軸工作平穩(wěn)性和加工質(zhì)量，采用有限元分析了定子槽口寬、定子斜槽、極弧系數(shù)及轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)、永磁體磁化方向長(zhǎng)度和隔磁

3、橋厚度等對(duì)電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的影響規(guī)律，揭示了齒槽轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的電磁機(jī)理，提出了通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)抑制電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩的具體途徑。
　　為實(shí)現(xiàn)永磁同步車床電主軸動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化，提高加工精度和效率，建立了基于逆變器供電的正弦波永磁同步電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析了模型特征，提出了針對(duì)模型的高效數(shù)值算法，并在MATLAB基礎(chǔ)上通過(guò)自主編程實(shí)現(xiàn)了永磁同步電機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程仿真。采用建立模型和提出算法研究了電機(jī)啟動(dòng)特性、升速特性和負(fù)載特性。研究表明:S曲線升速方式相