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作者：

陈松玲

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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.

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关键词：

永磁同步电主轴 电磁力 转矩脉动

被引量：

1