车削用电主轴永磁同步电机电磁与热特性的研究

发布时间：2017-05-21 12:19

  本文关键词：车削用电主轴永磁同步电机电磁与热特性的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电主轴是将机床主轴与主轴电机融为一体的高新技术产品,具有结构紧凑、重量轻、惯量小、动态特性好等优点,广泛应用于高档数控机床。随着永磁电机性能的不断增强以及在控制精度和调速范围中优越性的突显,永磁电机被越来越多的应用到加工中心的电主轴中。电主轴的轴头对温度变化非常敏感,温升过高会影响刀具的加工精度,严重时甚至引起电机部件变形、破坏电机绝缘材料,故而电主轴温度场的准确计算与分析具有重要意义。本文即是对应用于车削数控机床的电主轴电机展开研究。首先,根据要求的安装尺寸和性能技术指标,参考SIEMENS 1FE1系列永磁同步电主轴电机进行车削电主轴电机电磁方案的设计,确定电机的电磁负荷、各部分主要尺寸等关键参数,并采用有限元法进行电磁场数值计算,得到电机的磁场分布、空载反电势、负载转矩等,验证所设计电机电磁设计的合理性。其次,对电机弱磁运行时的磁路特性进行分析,得到交直轴电感,并对所设计电机能够达到的最高转速进行校核计算。此外,对电机所产生的的铁耗、铜耗、机械损耗、杂散损耗进行研究。重点比较电机定、转子铁心损耗以及永磁体涡流损耗在额定与弱磁时的情况。最后,对电机三维模型合理等效,计算各部位等效传热系数、生热率,并考虑装配间隙后,采用有限体积法计算电机的稳态温度分布。比较不同冷却水流速、不同槽绝缘材料下电机的最高温升。针对端部为温升最高点提出采用导热性能好的环氧树脂封装的方法降低绕组温升。本文对于同类型的电主轴永磁同步电机的设计和优化具有一定的参考价值。
【关键词】：电主轴电机 电磁设计 弱磁 温度场
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM341
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-13
• 1.1 课题的背景及意义8-9
• 1.2 课题的国内外现状9-11
• 1.2.1 电主轴发展现状9-10
• 1.2.2 电主轴电机研究现状10-11
• 1.3 课题的主要研究内容11-13
• 第2章 车削用电主轴永磁同步电机的电磁设计和仿真分析13-27
• 2.1 车削用电主轴永磁同步电机的电磁设计13-22
• 2.1.1 电机的技术指标13-14
• 2.1.2 基于场路耦合的设计方法14-15
• 2.1.3 电磁参数的设计15-21
• 2.1.4 轴承的选用21-22
• 2.2 车削用电主轴永磁同步电机的有限元计算分析22-26
• 2.2.1 空载特性分析22-24
• 2.2.2 额定负载特性分析24-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第3章 车削用电主轴永磁同步电机的弱磁分析与损耗计算27-43
• 3.1 车削用电主轴永磁同步电机的弱磁问题27-30
• 3.1.1 永磁电机弱磁原理27-28
• 3.1.2 提高永磁电机弱磁扩速能力的措施28-30
• 3.2 车削用电主轴永磁同步电机的弱磁计算分析30-37
• 3.2.1 弱磁磁路特性分析30-31
• 3.2.2 基于有限元的交直轴电感参数计算31-34
• 3.2.3 弱磁控制下的速度校核34-37
• 3.3 车削用电主轴永磁同步电机的损耗计算37-42
• 3.3.1 损耗计算方法37-39
• 3.3.2 额定与弱磁时的损耗比较分析39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 20kW水冷样机的温升计算与实验对比43-55
• 4.1 温度场计算的数学模型43
• 4.2 20kW水冷样机热计算的前处理43-51
• 4.2.1 三维求解域的建模与简化44-46
• 4.2.2 求解模型的剖分与边界条件46-48
• 4.2.3 各部位传热系数的确定48-50
• 4.2.4 装配间隙的处理50-51
• 4.3 20kW水冷样机的稳态温度场计算51-54
• 4.3.1 求解初始条件51-52
• 4.3.2 样机热源分布52-53
• 4.3.3 温度场计算结果与实验对比分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 车削用电主轴永磁同步电机的温度场的计算与分析55-65
• 5.1 水冷结构的选择55-56
• 5.2 车削电主轴电机温度场计算前处理56-58
• 5.3 车削电主轴电机额定时的温度场分析58-60
• 5.3.1 电主轴电机的传热系数、初始条件及热源分布58-59
• 5.3.2 冷却水流速与电主轴电机温升关系研究59-60
• 5.4 车削电主轴电机弱磁运行时的温度场分析60-64
• 5.4.1 电主轴电机弱磁时的温度场分布60-61
• 5.4.2 高导热槽绝缘材料对温升的影响61-62
• 5.4.3 绕组端部环氧树脂封装对温度场的影响62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 第6章 结论65-66
• 参考文献66-69
• 在学研究成果69-70
• 致谢70

【参考文献】

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本文编号：383636