高转矩直驱式转台驱动电机振动分析与抑制

发布时间：2017-07-26 14:10

  本文关键词：高转矩直驱式转台驱动电机振动分析与抑制

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【摘要】：随着电子变频技术、高精度机床进给伺服系统、永磁材料和材料加工工艺的快速发展,在国家大力倡导节能减排的情况下,永磁同步电机受到了各个产品加工生产行业的重视。永磁同步电机具有高效率、低转矩脉动、高转矩密度等优点,这些优点使其越来越多的被应用于直接驱动高精度数控机床。而永磁同步电机的振动水平是评定永磁同步电机的质量与性能的重要标准之一,也是一直制约着应用于数控机床的转台驱动电机的发展的关键因素。因此,研究高转矩转台驱动电机电磁振动具有重要的现实意义。对于永磁同步电机,其振动来源主要是气隙磁场作用在定子齿表面的电磁力波。本文主要围绕以下几个各方面进行了分析研究:首先,本文对永磁同步电机产生电磁力波的机理进行研究分析,利用解析法推导了径向气隙磁密的表达式,利用有限元软件分别分析计算了在永磁同步电机空载和负载时径向气隙磁密随时间变化与随空间变化的分布,并求得气隙磁密作用于定子齿表面的径向电磁力的幅值、频率和次数。分析计算了单元电机为10极12槽的近极槽永磁同步电机的电磁力波次数与幅值大小及其频率分布的特性。然后,本文建立了永磁同步电机的定子结构和转子结构的三维结构模型,利用有限元软件对其固有频率和振型进行仿真计算,分析了绕组对定子结构固有频率的影响和转台对内、外转子结构固有频率的影响,并计算了转子结构的一阶临界转速,避免与电磁力的频率及次数相近而发生共振。最后,基于永磁同步电机电磁振动机理,本文根据电机定子齿结构参数,分析了不同齿顶宽定子结构、不等齿顶宽定子结构和定子齿开辅助槽三种方案对电机齿槽转矩和空载径向电磁力的影响。
【关键词】：高转矩 永磁同步电机 直接驱动 电磁振动 固有频率
【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】：TM301.42
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 国内外发展动态10-14
• 1.2.1 电磁振动研究状况11-12
• 1.2.2 电机结构模态分析研究状况12-13
• 1.2.3 控制方法对电磁振动的影响研究状况13-14
• 1.3 本课题主要研究内容14-16
• 第2章 电磁激振力波机理分析16-31
• 2.1 永磁同步电机振动源分类16-18
• 2.2 永磁同步电机气隙磁场分析18-21
• 2.2.1 永磁同步电机气隙磁导18
• 2.2.2 永磁同步电机气隙磁密18-20
• 2.2.3 气隙磁密谐波次数分析20-21
• 2.3 永磁同步电机径向电磁力分析21-24
• 2.4 有限元仿真计算24-30
• 2.4.1 样机空载仿真25-28
• 2.4.2 样机负载仿真28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 永磁同步电机结构模态分析31-44
• 3.1 电机固有频率的理论基础31-33
• 3.1.1 电机结构固有频率的解析理论31-32
• 3.1.2 电机结构固有频率的有限元理论32-33
• 3.2 电机结构的固有模态的有限元分析33-43
• 3.2.1 定子结构的固有模态33-35
• 3.2.2 绕组对定子结构的固有模态的影响35-37
• 3.2.3 内转子结构的固有模态37-40
• 3.2.4 外转子结构的固有模态40-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 永磁同步电机定子结构参数对电磁振动的影响44-57
• 4.1 不等齿顶宽度对永磁同步电机电磁振动的影响44-48
• 4.1.1 不等齿顶宽设计44-45
• 4.1.2 不等齿顶宽结构径向电磁力分析45-46
• 4.1.3 有限元仿真计算46-48
• 4.2 辅助槽对近极槽永磁同步电机电磁振动的影响48-52
• 4.2.1 齿槽转矩分析49
• 4.2.2 辅助槽开槽方法49-50
• 4.2.3 有限元仿真计算50-52
• 4.3 不同齿顶宽度对永磁同步电机电磁振动的影响52-56
• 4.3.1 定子齿齿顶宽度对电磁振动的影响分析52-53
• 4.3.2 有限元仿真计算53-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 结论57-58
• 参考文献58-61
• 在学研究成果61-62
• 致谢62

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本文编号：576780