数控转台双转子不等极数永磁力矩电机设计

论文摘要

现代机床数控转台是多轴联动数控机床的重要部件,直接驱动方式与传统驱动方式相比,它取消了蜗轮蜗杆副驱动的机械传动链,采用环形力矩直接驱动结构,具有高转矩、高精度以及响应速度快等优点。近年来,直接驱动数控机床转台部件成为多轴联动等高档数控机床领域研究热点,本论文是在国家科技重大专项子课题和省科技厅重点项目的资助下,设计了一台数控转台双转子不等极数永磁力矩电机,由于其具有更加合理的特殊结构,使得电机在保持高转矩密度和高精度等优点的同时,具有良好的加工工艺性。首先,根据电机的应用场合和实际设计经验,给出了双转子不等极数力矩电机的设计思想和结构特点。通过磁路分析法对该电机主电感以及漏磁系数进行数学表达式推导计算,并借助较精确的有限元分析软件ANSYS,建立有限元模型,对空载时内外电机反电势、内外电机电压谐波以及负载时输出转矩进行分析计算。其次,由于内外电机极数不等,且内外转子刚性联接,同速旋转,所以为了保证电机具有较高的伺服精度,针对如何降低该种电机齿槽转矩波动问题,推导了电机内外定子及其合成齿槽转矩的解析表达式,采用在内电机齿顶均匀开有一个辅助槽口的方法,使内外电机齿槽转矩波动曲线具有相同的频率,通过选择合适的内外电机槽口尺寸以及改变内外电机槽口相对位置这两种方法来使内外定子转矩脉动形成反向的相位差,达到降低电机合成转矩脉动的目的。最后,在基础理论研究的基础上,利用有限元软件对电机模型进行电磁场分析计算,验证了设计方法的合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的意义及背景
• 1.1.1 课题研究的意义
• 1.1.2 课题研究的背景
• 1.2 双转子结构电机研究方法及现状
• 1.2.1 双转子结构电机的研究发展现状
• 1.2.2 电机磁场计算方法
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第二章 双转子不等极数力矩电机的基本结构和工作原理
• 2.1 双转子不等极数电机设计思想和结构特点
• 2.1.1 双转子不等极数电机设计思想
• 2.1.2 双转子不等极数电机结构特点
• 2.2 槽数和极数的选择
• 2.2.1 分数槽集中绕组
• 2.2.2 双转子电机内外极槽数的选择
• 2.3 本章小结
• 第三章 数控转台双转子不等极数永磁力矩电机基本尺寸和磁路分析
• 3.1 永磁环形力矩电机特点及其设计约束条件
• 3.1.1 永磁环形力矩电机特点
• 3.1.2 永磁环形力矩电机设计主要约束条件
• 3.2 双转子永磁同步电机转矩计算
• 3.3 双转子电机基本尺寸参数的计算
• 3.3.1 内电机定子尺寸计算
• 3.3.2 外转子电机定子尺寸计算
• 3.3.3 电机其他主要尺寸的确定
• 3.4 双转子永磁同步电机磁路及电感分析
• 3.4.1 双转子电机的磁路基本结构
• 3.4.2 双转子电机空载漏磁系数的计算
• 3.4.3 双转子电机主电感的计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 数控转台双转子不等极数永磁力矩电机有限元分析
• 4.1 双转子永磁环形力矩电机状态方程
• 4.2 数控转台双转子不等极数力矩电机有限元法分析
• 4.2.1 应用ANSYS软件对电机分析求解
• 4.2.2 应用ANSYS软件对电机求解结果
• 4.3 影响电机性能重要电磁参数
• 4.3.1 空载感应电动势计算
• 4.3.2 负载条件下输出转矩计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 数控转台双转子永磁力矩电机齿槽转矩分析
• 5.1 双转子永磁电机齿槽转矩解析式推导
• 5.1.1 开辅助槽口对电机齿槽转矩影响
• 5.1.2 开辅助槽口对电机齿槽转矩影响的计算分析
• 5.2 基于内外槽口宽配合削弱齿槽转矩的分析
• 5.2.1 削弱双转子电机齿槽转矩原理
• 5.2.2 削弱双转子电机齿槽转矩的计算分析
• 5.3 基于改变内外槽口相对位置削弱齿槽转矩的分析
• 5.3.1 削弱双转子电机齿槽转矩的原理
• 5.3.2 削弱双转子电机齿槽转矩的计算分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢