常用的塑料机械主要有挤塑机、注塑机和吹塑机,其驱动系统均由异步电机经减速机驱动螺杆,但存在效率低、体积大、维修成本高等问题。利用直驱永磁电机驱动塑料机械不仅省去了齿轮减速机,并且提高了系统效率,减小了驱动系统的体积。本文以塑料机械中广泛应用的挤塑机为例,设计一台直驱永磁电机代替原有的异步电机与减速机系统。参考挤塑机原有的驱动系统并考虑其减速比例,确定电机的额定转速;参考塑料生产过程中的挤出力需求,确定电机的额定转矩。为了抑制高次谐波,采用分数槽绕组设计,分析了不同的每极每相槽数q的取值对电机转矩波动的影响;转子采用表贴式磁极结构,并且分析了不等厚磁钢对电机气隙磁密、反电势以及齿槽转矩的影响。对电机电磁参数进行设计,运用Ansoft软件进行建模并对电机的磁力线分布、磁密分布、气隙磁密、反电势波形等进行仿真分析。塑料机械螺杆与熔融胶体接触,电机工作环境温度较高。本文对直驱电机稳态运行时的损耗进行了计算,由于采用变频器供电,着重研究了变频器供电与正弦波供电下电机铁耗的分布特点,并采用有限元场路耦合仿真的方法,搭载外电路,对比分析了电机在变频器供电与正弦波供电情况下铁耗的大小区别、空载与负载下的铁耗分布特点。计算了电机各部分的等效导热系数和散热系数。建立三维永磁电机模型,通过Ansys软件进行电机的三维稳态温升计算,获得电机整机及关键部件的温升分布。塑料机械的控制技术指标主要为:螺杆的稳定性、螺杆的线性度、温度控制的快速性和稳定性。从这三点出发,设计以PLC为核心的整机控制系统,通过触摸屏可以对整机进行控制与参数监控,电机调速采用变频器来控制直驱永磁电机。软件方面研究塑料机械主要程序设计流程,着重分析了电机控制子程序和螺杆精确校准模块。最后,对样机进行负载实验、反拖实验、温升实验,并将样机安装在一台挤塑机上实现了塑料生产的整个过程。将设计数据与实验数据对比分析,证明了电机设计方法正确,挤塑机整机性能提升明显。