高档数控机床直驱式永磁力矩电机的研究与设计

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1、分类号学号M201171212学校代码10487密级硕士学位论文高档数控机床直驱式永磁力矩电机的研究与设计学位申请人：：：张张张张浩浩浩浩学科专业：：：电机与电器指导教师：：：杨杨杨杨凯凯凯凯教授教授答辩日期：：：2014年年年1月月月9日日日万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringResearchandDesignofDirectDrivenPermanentMagnetTorqueMotorsforHighGradeNumericalControl

2、MachineToolsApplicationCandidate:ZhangHaoMajor:ElectricMachinesandElectricApparatusSupervisor:Prof.YangKaiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方

3、式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文文文文摘摘摘要要要本课题基于“高档数控机床与基础制造装

4、备”科技重大专项，对高档数控机床中直驱式永磁力矩电机的一些核心关键技术展开研究，选择合适的电机拓扑结构，研究电机的性能参数和电机的尺寸结构与材料等参数之间的关系，并建立合适的电机解析设计模型与优化方法，以求通过对电机的优化设计来提高其功率密度、转矩密度、效率和功率因数等各项性能指标，同时降低电机的成本、重量与体积等，使其达到或超过各项性能要求。针对高档数控机床中直驱式永磁力矩电机的特点以及应用要求，选择分数槽集中绕组表贴式永磁电机作为拓扑结构，对该类电机的研究与发展做了一个相对较全面的综述；论文分析了分数槽集中绕组的特点，比较了不同极槽配合下的绕组磁动势谐波含量和绕组系数的特征，单层绕组和

5、双层绕组，分数槽集中绕组与整数槽绕组也做了对比分析。建立了适用于分数槽集中绕组表贴式永磁电机的解析设计模型，明确了电机尺寸结构参数与电机性能参数之间的关系，建立了电机的尺寸公式。分析了电机的转矩脉动的形成原因和减小转矩脉动的思路与方法，分析了短路状态下的瞬态电流。提出了电机优化设计的一些思路，分析了优化设计的一些方法，从约束条件，目标参数和优化量的选择三个方面介绍了优化时需要考虑的问题。分析了1000Nm力矩电机极槽配合、极数、裂比等参数对电机性能的影响，以及电机主要材料及尺寸的选择和裂比优化，运用有限元方法对电机进行了精确的定量分析。重点优化了电机槽开口宽度和永磁体的极弧系数两个重要参数

6、，并分析了他们对电机转矩、磁密、电感等参数的影响。计算了电机在不同工作状况下的性能参数。关键词：高档数控机床，直驱，永磁力矩电机，分数槽集中绕组，优化设计I万方数据华中科技大学硕士学位论文文文文AbstractBasedonthe"Highgradenumericalcontrolmachinetoolsandbasicmanufacturingequipment"scienceandtechnologymajorproject,somekeytechniquesofdirectdrivenpermanentmagnettorquemotorshavebeenanalyzedinthisp

7、aper.Appropriatemotortopologywillbechosen.Relationshipbetweenperformanceanddesignparameterssuchasdimensionsandmaterialswillbeanalyzedandansuitableanalyticalmodelwillbeestablishedforoptimaldesignofthistypeofelectr