永磁同步电主轴齿槽转矩与永磁体形状关系的研究.pdf

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1、功能郜件Funci10UnilS——永磁同步电主轴齿槽转矩与永磁体形状关系的研究木于慎波陈松玲(沈阳工业大学机械工程学院，辽宁沈阳110870)摘要：在数控机床领域，永磁同步电主轴的应用越来越广泛。为提高其工作精度。需要控制齿槽转矩。齿槽转矩是由气隙变化、永磁体形状和定子槽形式决定的。对表面式永磁同步电主轴进行了有限元仿真分析，通过优化永磁体的形状和极弧系数减小了永磁同步电主轴的齿槽转矩。结果表明：内倒圆式永磁体可减小齿槽转矩脉动。关键词：永磁同步电主轴；齿槽转矩；永磁体形状中图分类号：TM351文献标识码：AResearchontherelationshipbetween

2、PMSEScoggingtorqueandpermanentmagnetshapesYUShenbo．CHENSon~ing(MechanicalEngineeringDepartment，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，CHN)Abstract：InthefieldofNCmachinetool，theapplicationofpermanentmagnetsynchronouselectricspindle(PM—SES)ismoreandmorewidely．Inordertoimproveitsworkin

3、gaccuracy，thecoggingtorqueneedstobecontrolled．Thecoggingtorqueisdeterminedbyairgapchange，thepermanentmagnetshapesandstatorslotform．Inthispaper，thefiniteelementsimulationanalysishasbeenconductedonthesurfacetypepermanentmagnetsynchronouselectricspindle．Coggingtorqueofthepermanentmagnetsynchr

4、onouse—lectricspindleisreducedbyoptimizingtheshapeofthepermanentmagnetandthecoeficientofpolearc．Theresultsshowthatinsideroundfillettypeofpermanentmagnetcanreducethecoggingtorque．Keywords：permanentmagnetsynchronouselectricspindle；coggingtorque；magnetshapes随着高速切削技术的蓬勃发展，高速数控机床在空气体积对齿槽转矩变化比较敏

5、感。文献[4]提出采各大行业中应用Et益广泛。近年来，永磁同步电主用倾斜定子齿槽或倾斜转子永磁体，可以将齿槽转矩轴⋯作为高档数控机床实现高速精密加工的关键功减小60％。能部件，具有温升小，高效区调速范围宽，可快速启动(2)转子永磁体的设计：文献[5]指出，优化转子和定向停等优点，越来越受到人们的重视。但永磁同磁极形状会明显减小齿槽转矩。文献[6—7]描述了步电主轴产生的纹波转矩和齿槽转矩_2问题将直接优化永磁体安装位置可以减小齿槽转矩低次谐波值。影响到其振动和噪声的大小，从而导致机床工作精度通过调整极弧系数或改变永磁体形状可以的下降。产生变化的气隙，进而减小齿槽转矩。如何减

6、小齿槽转矩，国内外文献阐述了许多不同本文从现有的径向磁通永磁同步电主轴基本模型的方法。大致分为两种：一是基于电主轴磁极结构的出发，研究了不同形状的永磁体和极弧系数对齿槽转优化设计，如从改变极槽配合、极弧系数、极矩系数及矩的影响，并讨论了仿真分析结果。槽口和永磁体形状等结构参数着手；二是采用不同的驱动控制策略，本文未作论述。1永磁同步电主轴的初步设计为了减小齿槽转矩，提高永磁同步电主轴的机械本文研究的是转子永磁体带有固定环的表面式永性能，目前采用有2种优化设计方法：(1)定子齿槽的设计：文献[3]研究了定子槽间永磁同步电主轴(如图1)，主要参数为：相数3，极对数磁体的最佳位置

7、。指出永磁体的数量和定子齿之间的2，定子齿48，极弧系数0．628。$国家自然科学基金资助项目(51175350)；沈阳市科技创新专项(F15—199—1—13)。．Func1

8、0nunils功能郜件设计了不同形状的永磁体并分析了他们对齿槽转矩脉动的影响。2．1齿槽转矩的起因齿槽转矩主要是气隙永磁体储能变化的结果。主要是由旋转永磁体和固定齿槽间磁通的交互作用和气隙磁阻的变化引起的。齿槽转矩最基本的表达式如下n-12]：1zdR(1)图2定子槽结构图=图1永磁同步电主轴基本几何模型式中：是气隙磁通；R是气隙磁阻；0是