高速电主轴电气设计与优化.pdf

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1、2010年第3期工业仪表与自动化装置·95·高速电主轴电气设计与优化曹琨，俞蓬，徐同申(洛阳轴研科技股份有限公司，河南洛阳471039)摘要：介绍高速电主轴电气特性和其设计的流程，阐述了对各电主轴关键参数的设计原则。为电主轴优化设计提供重要依据。关键词：中频电机；优化设计原则；电磁负荷平衡；绕组设计；电机损耗中图分类号：TM35文献标志码：B文章编号：1000—0682(2010)03—0095一O3HighfrequencyspindleselectricmachinedesignandoptimizesCAOKun，YUPeng，XUTongsheng(LuoyangBearingSc

2、ience＆TechnologyCo．，Ltd．，HenanLuoyang471039，China)Abstract：Introducedthehighfrequencyspindleselectricalmachinerycharacteristicanditsdesignflow，elaboratedtovarioushighfrequencyspindlesessentialparameterprincipleofdesign．Optimizesthedesignforthespindlestoprovidetheimportantbasis．Keywords：intermediat

3、efrequencyelectricalmachinery；optimizationprincipleofdesign；electro—magnetismloadbalance；windingdesign；lossofmachine的。而用于加工中心的电主轴，其使用速度范围甚0引言广。既要求电主轴电机具备低速大扭矩特性，又要随着当今数控设备加工技术的飞速发展，电主求电机具备高速运行特点。因此，应将其设计为恒轴已经扮演着重要角色，其性能直接影响着设备的功率电机(如图1所示)。当电机在低于额定转速加工精度和生产效率，决定着机床行业整体的发展点运行时，其特性符合M=C电机特点，当电机转速水平。电

4、主轴的本体设计分为机械设计和电机设超过凡时，电机特性符合P=C特点。选用P=C计，常规电主轴虽属交流异步电动机范畴，具有异步电机设计时应注意：1)应使17,点的电机磁负荷尽可电动机的通性，但其中频电机特性又与普通工频电能饱和，通常铁芯磁密应在16500gs以上，以期在机的设计有所不同。有限的体积内获得最大的转矩；2)应注意在转速最大时转矩的最大过载能力应≥1．3倍。1高速电主轴具备中频电机的特点，)P首先在中频供电状态下，电机定子电枢绕组具有明显的集肤效应，同时中频变频电源输出带有大量高次谐波，产生寄生电容会对系统形成严重干扰，其次电主轴具有高速特性，最高速可达180000r／rain，转

5、子结构就需要选择特殊的结构型式。nnmn(t)电主轴负荷的特点分为恒转矩和恒功率2类。图1恒功率制转矩、功率、时间曲线图常规高速电主轴承受的负荷随电主轴转速升高而增长。可将此类电机设计成恒转矩式(即恒电流式)，2高速电主轴电机优化设计原则此时，电机的经济效益是最高的，其性能也是最理想2．1电磁负荷的限制水冷却电主轴定子电流密度不超过l1A／mm：收稿日期：2010—02—05作者简介：曹琨(1982)，男，大学本科学历，助理工程师，主要强迫风冷电主轴定子电流密度不超过8A／mm；无从事电主轴电机的开发与应用行业。冷却电主轴定子电流密度不超过4A／ram；转子导·96·工业仪表与自动化装置2

6、010年第3期条的电流密度不超过8A／mm。；转子端环的电流密定子线圈电流密度△f应为9～11A／mm，槽满率应度不超过4A／ram；常规电机定转子铁芯磁密不大控制在0．62～0．66。其转子导条电流密度AB应于15000gs。为6～7A／mm，转子端环电流密度应为3～5A／2．2电主轴电机定子槽满率mm，其空载电流应小于1／3的额定电流值。否则，应不大于65％。其导线直径应不大于0．7电机会因电磁负荷过于饱和而严重发热，直接影响ITlm0电主轴的正常运行。2．3电机转子表面线速度4高速电主轴电机绕组的设计≤115m／s时可选用开口槽铸纯铝；115≤≤125m／s时可选用闭口槽铸纯铝；高速

7、电主轴电机是中频电机。为减轻集肤效应对其影响，一般采用多股并绕或多路并联式接线。125≤≤135m／s时可选用开口槽合金铝；采用多股并绕方式还能使定子绕组的单股导线细135≤≤150m／s时可选用闭口槽合金铝；化，便于加工、制造、整形。电主轴电机定子导线单≥150m／s时可选用实心转子开槽焊紫铜。股线径通常选用0．53～0．70，其中并绕股数多者可2．4电机定子电枢漆包线达11股。应选用高频防电磁辐射高强度漆包线，电机铁