永磁同步电主轴电磁力谐波对转矩脉动影响的研究

发布时间：2017-08-19 11:05

  本文关键词：永磁同步电主轴电磁力谐波对转矩脉动影响的研究

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【摘要】：随着数控切削技术的发展，数控机床的研究逐渐受到学者们的关注。而数控机床的关键部件—永磁同步电主轴，由于结构小，效率高等因素非常受到学者们的欢迎，但其运行时的转矩脉动会严重降低数控机床的加工精度。所以，本文主要针对永磁同步电主轴的转矩脉动问题进行了研究。 永磁同步电主轴气隙中的电磁场会在电主轴的定、转子结构上产生电磁力，此电磁力可分解为切向电磁力和径向电磁力，而切向电磁力与半径的乘积即为转矩，但由于定子谐波电流以及开槽等因素与转子永磁体相互作用，会产生转矩脉动。减小永磁同步电主轴的转矩脉动可有效提高数控机床的加工精度。 本文针对数控机床的核心部件——永磁同步电主轴的转矩脉动问题展开了分析与研究。主要应用ANSYS有限元软件研究了永磁同步电主轴的气隙电磁场，分别获得了空载与加载时气隙中电磁场的切向磁通密度和径向磁通密度以及切向电磁力密度和径向电磁力密度随位置变化的分布图。分析了永磁同步电主轴的转子在一个周期内的气隙电磁场分布规律，并获得了随时间变化的切向磁通密度和径向磁通密度以及切向电磁力密度和径向电磁力密度分布图。通过数值积分得到了随时间变化的瞬时转矩，，发现了永磁同步电主轴转矩脉动的变化规律。 影响数控机床加工精度的主要原因之一是永磁同步电主轴的转矩脉动。本文通过改变永磁同步电主轴的多项设计参数，利用有限元软件模拟分析，研究了三种有效削弱转矩脉动的方法。第一种是针对4极48槽永磁同步电主轴通过改变永磁体形状来减小转矩脉动；第二种是通过研究不同极弧系数的电磁场，讨论了不同的极弧系数对永磁同步电主轴转矩脉动的影响，发现在所设计的极弧系数范围内，转矩脉动有两个较低的点，从而得出了较理想的极弧系数，可有效降低转矩脉动；第三种方法是通过分析永磁同步电主轴多种气隙长度的电磁场，得到了其对转矩脉动的影响规律，研究分析表明：随着气隙长度的增加转矩脉动值会先迅速降低而后又缓慢降低，从而确定了合理气隙长度。为低转矩脉动永磁同步电主轴的设计提供了依据。
【关键词】：永磁同步电主轴 电磁力 转矩脉动
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.1.1 课题背景9
• 1.1.2 研究意义9-10
• 1.2 电主轴概述10-14
• 1.2.1 电主轴工作原理及典型结构11
• 1.2.2 国外电主轴技术发展情况11-12
• 1.2.3 国内电主轴技术发展现状及与国外的差距12-14
• 1.2.4 永磁同步电主轴的发展状况14
• 1.3 本课题的研究内容14-15
• 第2章 永磁同步电主轴电磁场及转矩脉动理论研究15-22
• 2.1 永磁同步电主轴电磁场分析的 ANSYS 有限元理论基础15-17
• 2.2 永磁同步电主轴电磁力理论分析基础17-18
• 2.3 永磁同步电主轴转矩脉动基础理论18-19
• 2.4 转矩脉动的抑制方法19-22
• 第3章 永磁同步电主轴的转矩脉动计算22-31
• 3.1 永磁同步电主轴空载电磁场的计算分析22-26
• 3.1.1 4 极 48 槽永磁同步电主轴的模型22-24
• 3.1.2 永磁同步电主轴空载时电磁场分析24-26
• 3.2 永磁同步电主轴电磁场的负载分析计算26-28
• 3.3 永磁同步电主轴电磁场的动态分析计算28-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 永磁同步电主轴转矩脉动的削弱方法研究31-48
• 4.1 永磁体形状对永磁同步电主轴转矩脉动的影响31-37
• 4.2 极弧系数对永磁同步电主轴转矩脉动的影响37-42
• 4.3 气隙长度对永磁同步电主轴转矩脉动的影响42-47
• 4.4 本章小结47-48
• 第5章 结论48-49
• 参考文献49-52
• 在学研究成果52-53
• 致谢53

【参考文献】

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本文编号：700343