高速電主軸異步電機電磁設(shè)計與溫升性能研究.pdf

1、隨著電氣傳動技術(shù)的迅速發(fā)展，高速數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)主要采用內(nèi)置交流高頻電機驅(qū)動主軸（即電主軸）形式。而傳統(tǒng)的設(shè)計方法，忽視了變頻驅(qū)動電源中高次諧波的影響，在對電機的精確分析上存在較大的局限性。高頻電機內(nèi)置于主軸后，將產(chǎn)生更加復雜的溫升問題。同時，獨立求解定子或轉(zhuǎn)子的二維溫度場方法已不能滿足研究主軸電機熱特性的要求。因此，為了滿足精確設(shè)計主軸電機的需要，本文以額定功率4.8kW，同步轉(zhuǎn)速30000r/min主軸電機為研究對象，基

2、于數(shù)值計算方法，深入研究并分析了主軸電機的電磁參數(shù)設(shè)計方法、發(fā)熱原理、熱傳遞機制，同時采用與有限元相結(jié)合的方法，對電機瞬態(tài)電磁場和溫度場進行了仿真分析和理論驗證。本文主要進行了以下方面的研究：
　?、僖灶~定功率4.8kW，同步轉(zhuǎn)速30000r/min主軸電機的參數(shù)計算為例，考慮了高次諧波對電機的影響，分別對電機主要尺寸、電磁負荷、定轉(zhuǎn)子槽型等主要電磁參數(shù)進行了求解和選??；采用有限元單元法，建立了瞬態(tài)電磁場模型，對電機進行工況仿真并

3、驗證了參數(shù)設(shè)計方法的可行性。
　　②基于高速電主軸整體熱流理論，建立了主軸系統(tǒng)功率損耗模型；通過主軸電機電磁損耗分析，計算了電損耗、機械損耗、鐵心軛部和齒部磁損耗；另外，還討論主軸軸承的摩擦產(chǎn)熱。
　?、刍陔姍C與流體傳熱原理，在引入相關(guān)假設(shè)的前提下，建立了主軸電機的溫度場求解域模型和定子繞組等效模型，按照熱力學分析流程確定了內(nèi)部熱傳遞系數(shù)，包括：氣隙與定、轉(zhuǎn)子之間的有效熱導率、定子冷卻油套等效換熱系數(shù)、定子末端繞組表面對流

4、換熱系數(shù)、定子末端鐵心表面對流換熱系數(shù)和轉(zhuǎn)子端環(huán)表面和轉(zhuǎn)子末端鐵心表面有效對流換熱系數(shù)等參數(shù)；基于對軸承傳熱機制的分析，在引入相關(guān)假設(shè)的前提下，建立了軸承熱傳遞模型，并確定了軸承與油-氣潤滑系統(tǒng)中壓縮空氣的對流換熱系數(shù)和前軸承座冷卻水槽的對流換熱系數(shù)。
　?、苓\用有限單元法，在主軸系統(tǒng)發(fā)熱研究和熱傳遞機制分析的基礎(chǔ)上，建立了主軸異步電機溫度場，并進行了瞬態(tài)求解，獲取了電機和主軸關(guān)鍵部分溫度場分布和溫升曲線；通過對溫升的理學分析，揭