数控机床转台用直驱式永磁电机研究
发布时间：2021-04-29 10:17
直驱式数控机床转台采用直驱式永磁电机（Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Motor,DD-PMSM）直接驱动,与传统数控转台的“机械传动机构+高速伺服电机”相比,由于DD-PMSM机械传动链为零,因此不存在机械传动链所固有的摩擦、磨损及润滑油跑、冒、滴、漏等问题,运行效率也远高于传统传动形式的数控机床转台。将现有永磁同步电机（简称永磁电机）直接安装于数控机床转台中,会出现以下两方面问题:①转矩密度偏小（目前永磁电机转矩密度一般仅为50kNm/m3）所导致的数控机床切削能力不足;②四周密闭的数控机床转台会造成永磁电机内部热量无法散出,直接导致定子绕组烧毁和转子永磁体失磁。针对上述问题,本文设计出一种转矩密度高达65kNm/m3且可对其进行水冷的数控机床转台用DD-PMSM,可有效解决现有永磁电机的上述不足。本文首先概述了现有永磁电机的国内外研究现状,阐述了永磁电机的机电结构、温度场计算及冷却系统设计方法,通过ABC三相坐标系下永磁电机的电磁场数学模型,建立了转子同步旋转而坐标系下永磁电机的转矩方程,并给出适于DD-PMSM的最佳磁路结构。...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 永磁电机特点及研究现状
1.2.1 永磁电机结构设计研究
1.2.2 永磁电机温度场计算研究
1.2.3 永磁电机冷却系统研究
1.3 本文提出的DD-PMSM机电结构及冷却系统
1.4 本文主要研究内容
第二章 永磁电机模型建立和磁路分析
2.1 永磁电机定转子结构
2.2 旋转坐标系下永磁电机电磁模型
2.3 等效磁路
2.3.1 永磁体等效成磁通源或磁动势源
2.3.2 外磁路的等效磁路
本章小结
第三章 高转矩密度DD-PMSM设计与优化
3.1 设计目标
3.2 选取电磁负荷
3.3 选取气隙长度
3.4 主要尺寸设计
3.5 永磁体设计
3.5.1 永磁体材料选择
3.5.2 永磁体磁极对数选择
3.5.3 永磁体外形尺寸计算
3.6 定子槽形选择
3.7 分数槽绕组设计
3.8 DD-PMSM优化
3.8.1 定子槽形尺寸优化
3.8.2 永磁体厚度优化
3.8.3 气隙长度优化
本章小结
第四章 DD-PMSM电磁场有限元分析
4.1 基于Maxwell电磁场有限元模型
4.1.1 DD-PMSM有限元模型搭建
4.1.2 网格剖分
4.1.3 求解及后处理
4.2 空载仿真
4.3 负载运行仿真
4.4 损耗分析
4.4.1 定子铁心损耗
4.4.2 绕组铜损
4.4.3 永磁体涡流损耗
4.5 效率Map图
本章小结
第五章 DD-PMSM温升分析与计算
5.1 DD-PMSM温升传热学基础
5.1.1 热传导
5.1.2 热对流
5.1.3 热辐射
5.2 DD-PMSM内部热量传递
5.2.1 定子内侧单散热面换热
5.2.2 气隙换热
5.2.3 总体热量平衡关系
5.2.4 导热微分方程
5.3 DD-PMSM磁热耦合分析
5.3.1 绝缘层等效导热系数计算
5.3.2 定转子间气隙传热处理
5.3.3 边界对流换热系数求取
5.3.4 三维模型建立
5.3.5 DD-PMSM温度场分析
本章小结
第六章 DD-PMSM水冷系统分析
6.1 流体力学基本理论
6.1.1 流体基本物理特性
6.1.2 流体流动控制方程
6.2 水冷结构分析
6.3 流体流场分析
6.3.1 水流速计算及优化
6.3.2 流场仿真
6.4 DD-PMSM水冷温度场分析
本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]起重机用永磁同步电动机设计及有限元分析[J]. 曹小华,王鑫,魏恒. 起重运输机械. 2018(01)
[2]电动车用永磁同步电动机温度场仿真与实验分析[J]. 魏丹,付雅军,段敏. 微特电机. 2017(07)
[3]低速永磁直驱同步电动机技术[J]. 刘文辉. 防爆电机. 2017(03)
[4]永磁电机的研究现状与发展趋势[J]. 刘加岭,刘全新,杜传明,阮文阳. 电子技术与软件工程. 2016(01)
[5]高速大功率电机转子通风孔散热效率优化研究[J]. 熊万里,徐光帅,吕浪,蒋旭光. 机械科学与技术. 2014(05)
[6]鼠笼型异步风力发电机离心式风扇的优化设计[J]. 郑福龙. 东方电机. 2013(05)
[7]几种数控机床回转进给机构的传动形式[J]. 张文博,李焱,高秀峰,于春明. 机械传动. 2011(05)
[8]顾及旋转铁耗的高速爪极电机三维磁热耦合分析[J]. 黄允凯,胡虔生,朱建国. 电工技术学报. 2010(05)
[9]新型永磁复合电机研究[J]. 杜世勤,章跃进,江建中. 微特电机. 2010(04)
[10]永磁同步电机的发展趋势[J]. 李静,程小华. 防爆电机. 2009(05)
博士论文
[1]空—空冷中型电机的流体场与温度场研究[D]. 胡田.沈阳工业大学 2016
[2]车用表贴式永磁同步电机全域损耗高效计算方法研究[D]. 吴晓鹏.北京理工大学 2016
[3]高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D]. 江善林.哈尔滨工业大学 2010
[4]内置式永磁同步电动机的优化设计及弱磁控制研究[D]. 王艾萌.华北电力大学（河北） 2010
硕士论文
[1]单层气隙永磁复合电机设计机理及运行特性研究[D]. 万宗伟.大连交通大学 2018
[2]铜套式磁力耦合器运行特性分析及散热结构设计[D]. 张俊.大连交通大学 2018
[3]水冷永磁电机多工况热特性及冷却水道研究[D]. 刘威.北京交通大学 2018
[4]直驱回转工作台综合性能测试技术研究[D]. 周晓琳.青海大学 2018
[5]一种环形永磁直驱电机的设计及控制[D]. 汪达鹏.南京航空航天大学 2018
[6]电动汽车用高扭矩密度永磁电机的设计与分析[D]. 丁佐蓬.南京理工大学 2018
[7]永磁同步电机温度场分析及冷却系统研究[D]. 魏雪环.湘潭大学 2017
[8]永磁同步电机高温环境下性能及温升特性研究[D]. 孙曌续.哈尔滨工业大学 2017
[9]分数槽集中绕组永磁电机的低谐波设计与分析[D]. 陈海游.江苏大学 2016
[10]降低潜水电机附加损耗的定转子槽形优化研究[D]. 梁娜.合肥工业大学 2016
本文编号：3167346
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.2 永磁电机特点及研究现状
1.2.1 永磁电机结构设计研究
1.2.2 永磁电机温度场计算研究
1.2.3 永磁电机冷却系统研究
1.3 本文提出的DD-PMSM机电结构及冷却系统
1.4 本文主要研究内容
第二章 永磁电机模型建立和磁路分析
2.1 永磁电机定转子结构
2.2 旋转坐标系下永磁电机电磁模型
2.3 等效磁路
2.3.1 永磁体等效成磁通源或磁动势源
2.3.2 外磁路的等效磁路
本章小结
第三章 高转矩密度DD-PMSM设计与优化
3.1 设计目标
3.2 选取电磁负荷
3.3 选取气隙长度
3.4 主要尺寸设计
3.5 永磁体设计
3.5.1 永磁体材料选择
3.5.2 永磁体磁极对数选择
3.5.3 永磁体外形尺寸计算
3.6 定子槽形选择
3.7 分数槽绕组设计
3.8 DD-PMSM优化
3.8.1 定子槽形尺寸优化
3.8.2 永磁体厚度优化
3.8.3 气隙长度优化
本章小结
第四章 DD-PMSM电磁场有限元分析
4.1 基于Maxwell电磁场有限元模型
4.1.1 DD-PMSM有限元模型搭建
4.1.2 网格剖分
4.1.3 求解及后处理
4.2 空载仿真
4.3 负载运行仿真
4.4 损耗分析
4.4.1 定子铁心损耗
4.4.2 绕组铜损
4.4.3 永磁体涡流损耗
4.5 效率Map图
本章小结
第五章 DD-PMSM温升分析与计算
5.1 DD-PMSM温升传热学基础
5.1.1 热传导
5.1.2 热对流
5.1.3 热辐射
5.2 DD-PMSM内部热量传递
5.2.1 定子内侧单散热面换热
5.2.2 气隙换热
5.2.3 总体热量平衡关系
5.2.4 导热微分方程
5.3 DD-PMSM磁热耦合分析
5.3.1 绝缘层等效导热系数计算
5.3.2 定转子间气隙传热处理
5.3.3 边界对流换热系数求取
5.3.4 三维模型建立
5.3.5 DD-PMSM温度场分析
本章小结
第六章 DD-PMSM水冷系统分析
6.1 流体力学基本理论
6.1.1 流体基本物理特性
6.1.2 流体流动控制方程
6.2 水冷结构分析
6.3 流体流场分析
6.3.1 水流速计算及优化
6.3.2 流场仿真
6.4 DD-PMSM水冷温度场分析
本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]起重机用永磁同步电动机设计及有限元分析[J]. 曹小华,王鑫,魏恒. 起重运输机械. 2018(01)
[2]电动车用永磁同步电动机温度场仿真与实验分析[J]. 魏丹,付雅军,段敏. 微特电机. 2017(07)
[3]低速永磁直驱同步电动机技术[J]. 刘文辉. 防爆电机. 2017(03)
[4]永磁电机的研究现状与发展趋势[J]. 刘加岭,刘全新,杜传明,阮文阳. 电子技术与软件工程. 2016(01)
[5]高速大功率电机转子通风孔散热效率优化研究[J]. 熊万里,徐光帅,吕浪,蒋旭光. 机械科学与技术. 2014(05)
[6]鼠笼型异步风力发电机离心式风扇的优化设计[J]. 郑福龙. 东方电机. 2013(05)
[7]几种数控机床回转进给机构的传动形式[J]. 张文博,李焱,高秀峰,于春明. 机械传动. 2011(05)
[8]顾及旋转铁耗的高速爪极电机三维磁热耦合分析[J]. 黄允凯,胡虔生,朱建国. 电工技术学报. 2010(05)
[9]新型永磁复合电机研究[J]. 杜世勤,章跃进,江建中. 微特电机. 2010(04)
[10]永磁同步电机的发展趋势[J]. 李静,程小华. 防爆电机. 2009(05)
博士论文
[1]空—空冷中型电机的流体场与温度场研究[D]. 胡田.沈阳工业大学 2016
[2]车用表贴式永磁同步电机全域损耗高效计算方法研究[D]. 吴晓鹏.北京理工大学 2016
[3]高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算[D]. 江善林.哈尔滨工业大学 2010
[4]内置式永磁同步电动机的优化设计及弱磁控制研究[D]. 王艾萌.华北电力大学（河北） 2010
硕士论文
[1]单层气隙永磁复合电机设计机理及运行特性研究[D]. 万宗伟.大连交通大学 2018
[2]铜套式磁力耦合器运行特性分析及散热结构设计[D]. 张俊.大连交通大学 2018
[3]水冷永磁电机多工况热特性及冷却水道研究[D]. 刘威.北京交通大学 2018
[4]直驱回转工作台综合性能测试技术研究[D]. 周晓琳.青海大学 2018
[5]一种环形永磁直驱电机的设计及控制[D]. 汪达鹏.南京航空航天大学 2018
[6]电动汽车用高扭矩密度永磁电机的设计与分析[D]. 丁佐蓬.南京理工大学 2018
[7]永磁同步电机温度场分析及冷却系统研究[D]. 魏雪环.湘潭大学 2017
[8]永磁同步电机高温环境下性能及温升特性研究[D]. 孙曌续.哈尔滨工业大学 2017
[9]分数槽集中绕组永磁电机的低谐波设计与分析[D]. 陈海游.江苏大学 2016
[10]降低潜水电机附加损耗的定转子槽形优化研究[D]. 梁娜.合肥工业大学 2016
本文编号：3167346
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3167346.html
