永磁同步車床電主軸的電磁設計及優(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子原理上不發(fā)熱、效率高、功率密度大、動態(tài)響應快等優(yōu)點，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具備低速大扭矩特性和高速弱磁擴速性能，這使得永磁同步電主軸電機設計具有自身特征，如轉子內孔宜盡量大，鐵心長度宜盡量短以確保軸系剛性，但導致慣量大。目前，在永磁同步車床電主軸電磁設計及性能優(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開發(fā)了永磁同步車床電主軸電磁設計程序。采用開發(fā)程序設計了一款功率20.9kW/1000rpm永磁同步車床電主軸電機電磁方案，研究揭示了氣隙長度、定子繞組參數(shù)、轉子磁路結構、永磁體幾何參數(shù)等對電機穩(wěn)態(tài)電磁性能的影響規(guī)律，實現(xiàn)了電機穩(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)及轉子磁路結構、永磁體磁化方向長度和隔磁

3、橋厚度等對電機齒槽轉矩的影響規(guī)律，揭示了齒槽轉矩產生的電磁機理，提出了通過優(yōu)化結構參數(shù)抑制電機齒槽轉矩的具體途徑。
　　為實現(xiàn)永磁同步車床電主軸動態(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系統(tǒng)動力學模型，分析了模型特征，提出了針對模型的高效數(shù)值算法，并在MATLAB基礎上通過自主編程實現(xiàn)了永磁同步電機動態(tài)過程仿真。采用建立模型和提出算法研究了電機啟動特性、升速特性和負載特性。研究表明:S曲線升速方式相