扁平型永磁直线同步电机进给系统热态特性的研究

摘要

传统的进给系统越来越不能满足高速、高精密机械加工的要求,而永磁直线同步电机以高速度、高精密、大推力、快响应等优异的特点,在数控机床设备中得到了越来越广泛的应用。本文结合浙江省重点科技创新团队建设项目“高档数控机床及其关键技术”(No.2009R50008)的研究任务,通过对直线电机受力特性、发热以及散热特点等关键技术的研究,建立了扁平型永磁直线同步电机温度场的三维计算模型,并完成了直线电机热态特性的实验研究。
　　 本文首先详细介绍了国内外直线电机进给系统以及热态特性的研究现状和发展趋势,阐述本课题的背景和意义,提出论文的主要研究内容。
　　 论文详细阐述了永磁直线同步电机矢量变换规律,并推导了永磁直线同步电机d-q模型及推力公式,然后介绍了磨削力的基本理论。在此基础上,针对两种不同工况分别对直线电机进给系统进行了动力学分析,进而计算出了电机的平均有效电流。随后介绍了电机热交换的相关理论,为电机温度场的计算提供理论依据。
　　 论文以建立扁平型直线电机温度场的三维计算模型为核心研究内容,并重点论述了建立模型、确定生热率和边界条件等过程。然后采用ANSYS有限元分析软件对电机运行时温度场进行仿真分析,仿真结果表明空载工况下直线电机的温升是有限的,磨削工况下直线电机温升较高。最后,对空载工况下直线电机的热态特性进行了实验研究,实验验证了理论模型的正确性。在磨削工况下直线电机的温升很严重,需要进行结构优化并设计合理的冷却系统。