高速电主轴永磁电机结构的研究

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1、沈阳工业大学硕士学位论文高速电主轴永磁电机结构的研究StudyontheStructureofHigh-SpeedMotorizedSpindlePermanentMagnetMotor作者：次元平单位：电气工程学院指导教师：唐任远教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：佟文明讲师单位：沈阳工业大学单位：论文答辩日期：2015年03月02日学位授予单位：沈阳工业大学摘要高速加工技术可以显著提高生产效率，但是它离不开高速电机。电机在高速运行时转子机械强度下降，导致电机损坏。针对15kW、30000r/min高速电主轴永磁同步电机，本文分别研究了轴向磁通电机和径向磁通电机转子机械强度和电机

2、的电磁性能。同时高速电机电源频率较高，而课题中的电机转子内径较小，其转轴固有频率较低，电机的转轴设计不合理容易发生共振，使电机损坏。由于非晶合金材料目前主要用于轴向磁通电机中，首先针对15kW，30000r/min双定子单转子轴向磁通电机，研究了磁极分段式转子结构。建立了转子强度解析计算模型，用有限元计算了不同极弧因数，轮缘宽度和转子各磁极分段数对转子机械强度的影响规律。同时研究了磁极分段式结构对轴向磁通永磁电机电磁性能的影响规律。本文的研究工作为高速轴向磁通永磁电机的设计提供参考。其次对于径向磁通电机，研究了表贴式电机的护套和永磁体过盈量对护套受力最大值的影响规律，分析并且用有限

3、元计算了内置式高速电机转子受力情况，同时研究了永磁体进行分段，增加隔磁桥的数量，将应力分散到多个隔磁桥上，以减小应力的最大值。并且用用有限元软件计算了永磁体不分段，分两段和分三段时转子强度和电磁性能。同时分析了不同极槽配合下永磁同步电机的电磁性能。最后本文通过研究已有样机的转轴，经过合理的改进为课题中的电机设计了相应的转轴，并研究了转轴固有频率。关键词：高速电机，电主轴，机械强度，转子结构IAbstractHighspeedmachiningtechnologycansignificantlyimprovetheproductionefficiency.Anditdependont

4、hehighspeedmotor.Butwhenthemotorrunningathighspeed,rotorstresswillincrease,thatleadrotoreasilytobedamaged.Thispaperstudiedthemechanicalstrengthandelectromagneticperformanceoftheaxialfluxpermanentmachines(AFPM)andradialfluxpermanentmachines(RFPM).Powerfrequencyofhighspeedpermanentmachines(HSPM)

5、alwayshigh，andnaturalfrequencyofshaftthathassmalldiameterisclosetothepowerfrequency.Thatmakesmachineseasiertoresonance.AtpresentamorphousalloymaterialmainlyusedinAFPM.First,AFPMof15kW,30000revolutionsperminutewithdoublestatorandsinglerotorisstudied.TheAFPMwithsegmentedrotorstructurethatissuita

6、bleforhigh-speedoperationisstudiedinthispaper．Ananalyticalmodelisbuilttoevaluatethemechanicalstrengthofthistypeofrotor．Finiteelementmethodisusedtostudytheinfluencelawofrotormechanicalstrengthunderdifferentpolearccoefficients,flangethicknessofrotor,andnumberofsegmentsofeachrotorpole．Meanwhile,t

7、heinfluencelawofelectromagneticperformanceofAFPMunderdifferentnumberofsegmentsofeachrotorpoleisstudied．Theresearchworkprovidesareferenceforthedevelopmentofhigh-speedAFPM.Secondly,forRFPMthispaperstudiedinfluencelawofenclosurestressunder