电主轴用直驱式永磁同步电机的设计及优化

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1、分类号学号M201271269学校代码10487密级硕士学位论文电主轴用直驱式永磁同步电机的设计及优化学位申请人：潘志城学科专业：电气工程指导教师：杨凯教授答辩日期：2015年5月17日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignandOptimizationofDirect-drivenPermanentMagnetSynchronousMachineforElectricSpindleCandidate:P

2、anZhichengMajor:ElectricEngineeringSupervisor:Prof.YangKaiHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJune,2015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：

3、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：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要数控机床（NumericalControlMachineTools）是国家制造业的基

4、础；而高档数控机床是国家尖端加工科技的代表，是国家制造实力的证明，是国家装备制造的核心竞争能力。电主轴作为高档数控机床的重要部分，其技术的高低会对机床的技术水平、加工能力和加工精度有很大的影响。高速电机及其变频驱动技术是电主轴的关键技术之一，高速驱动电机的设计水平和加工制造能力对电主轴至关重要以至于直接决定其技术水平。如今，电主轴的驱动电机普遍采用异步电机，其低效率、低功率因数及转子发热的缺点是电主轴的瓶颈。因此有必要开发适用于电主轴的直驱式永磁同步电机，并探究其相关规律以提供一定的参考作用。本文的目标是在考虑配套控制器参数的前提下，探究电主轴用直

5、驱式永磁同步电机的规律，设计出符合电主轴要求的直驱式永磁同步电机的方案，并对设计方案进行多方面的校核分析以验证其可行性和合理性。首先，本文对电主轴及直驱式永磁同步电机的国内外发展和研究现状进行了解，对电主轴的结构特点和关键技术进行阐述以全面了解电主轴和直驱式永磁同步电机的特点。其次，本文对内嵌式永磁同步电机的数学模型进行了深入的分析和理论上的讨论，最后得出了理想情况下d-q轴系下的电压方程和电磁转矩方程；在考虑驱动器容量的前提下对电主轴用直驱式永磁同步电机的运行模式和调速控制进行了系统的分析以及简单阐述了电主轴用直驱式永磁同步电机的设计方法。此外，

6、本文明确了电主轴用直驱式永磁同步电机的应用场合和技术要求，并进行初步的分析设计；本文的研究方向是在满足电机的恒功率范围要求以及过载能力的同时，重点研究提高转矩密度的措施，同时考虑削弱转矩脉动和降低齿槽转矩，以提高转矩特性。利用参数化以及Taguchi方法分析了槽开口宽度、永磁体嵌放深度、磁桥形状、辅助槽、定子斜槽以及转子分段斜极对电机转矩特性的影响，并给出了规律性的总结。I华中科技大学硕士学位论文本文对电机的最终设计方案进行短路退磁、机械强度以及温升分布的校核。校核结果表明，电机满足短路退磁、机械强度以及温升等各方面的要求，并保留了合适的裕度。最后

7、，本文利用Matlab/Simulink软件建立了最大转矩电流比矢量控制系统仿真模型，验证在给定的驱动器性能参数下以及最大转矩电流比方法下本文设计的电机方案的可行性和合理性。关键词：电主轴；直驱式永磁同步电机；转矩特性；优化设计II华中科技大学硕士学位论文AbstractCNCmachinetoolsisanimportantmanifestationofthenationalbasicmanufacturing.HighendCNCmachinetoolsistherepresentativeofthenationalsophisticatedp

8、rocessingtechnology,theproofofthenationalmanufacturingstrengt