高功率密度电机转子挠度校验系数的分析_孙艳秋.pdf

年第期第 卷（总第）（）高功率密度电机转子挠度校验系数的分析孙艳秋，许海峰，张社凤，谢强 强（万高（南通）电机制造有限公司，江苏 南通）摘要为 了提高现有高功率密度电机转子烧度解析计算的准确性，确保电机安全可靠的运行。首先，对比了现有解析法与仿真计算法结果间的差异。然后，通过分析转子重力、单边磁拉力及轴伸集中力 与转子挠度间的关系，得到了产生差异的原因。最后，结合仿真计算给出了不同极数下转子烧度解析法的校核系数。现有解析法的优化，有效地改善了高功率密度电机转子挠度计算的准确性及速度。关键词转子烧度；单边磁拉力；仿真计算；校核系数；高功率密度：中 图分类号：文献标识码：文章编 号：（），（），），？，；？；引言随着材料科学的发展、电机冷却性能的提升、电机零部件加工及装配精度的提高，电机的有效体积越来越大，电机的单位输出功率得到了显著提升。随着电机有效体积的增大、功率密度的提升，电机转子的重量、铁心材料的磁负荷也会随之变大，这势必会引起转子挠度的增大，严重时还会导致定、转子相互摩擦，影响电机的正常使用。因此在设计高功率密度电机时需要对转子的挠度进行准确计算，以保证电机安全可靠运行。目前常采用解析法或模拟仿真法对电机的转子烧度进行计算，解析法快速方便但计算精度较差，仿真法虽然计算精度高但建模繁琐、耗时较长。本文通过对比解析法和仿真法的计算结果并结合电机转子挠度产生的原因，总结了产生差异的原因并结合仿真法给出了不同极数电机转子挠度解析法的校验系数。转子挠度的计算现以一高功率密度电机为例，分别采用解析法及模拟仿真法对其转子挠度进行计算。计算实例电机转子烧度所需的主要参数如表所示。分析实例电机运行时的转子受力可知，其挠度是由转子重力、单边磁拉力及轴伸集中力共同作用产生的。解析计算时需要分别求出上述三种力所引起的挠度，之后求和便可得到该电机转子的总挠度。年第期（）第卷（总第期）表主要计算参数参数数值参数数值麵）率（）同步转速（）（），麵）：（）转子总重（）（）弹性模量（）（）单边气隙（）（）定子外径（）（）转子外径（）（）转子铁心长（），（）该高功率密度电机转子的结构示意图如图所示。？馬图转子结构示意图为了闕麵像本麵了如下子挠虛中？用于奢子铁心中点处且忽略转子上其麻部件重捕转鴨度？影响幻。？子動、韋斑磁拉方、編俾集中引起的？及繪子总倉分剔由武）、式（）、式（）、鼠示？么邊）式中，转子力；職的弹性：，前、遂塵点间鐵、靈、后克撑点爾籍子镑心中点？禽：（），前戈点餐子辕心中点的翁摹歡且，子钱心中点左侧各轴段的惯性矩，（后支擇点到转子德心中占的计算系敎且，为翁子换心中点右侧奪轴）式中，。一初猶倫心且大小雩于？唤攀边气 隙一磁拉力的刚度；一转轴的弯曲刚度。）（）式中轴督襲中为馬（），前亥襻遵闺心中点的系鎵。）蒭表所列的计算卷数代入式、式（式）：、式（：）纖行：立兼解，同时考虑该实电机所輋翁伸書中力为口謂便可翁得参例高功潔电机祷子，纖绮辱宁？，与电机气隙长度之比为痤，不；蟹过电机气驗的，满计规范的冀隶采用模拟法可以较为准确？出电机运行肘铃子浇度的分市状况，但是擴程较为复：杂，对工程技术人员遞鑛駿知偏會求较狀戀麵电机魯还在傭行子翁、翁子材料属童之后便可通过仿寫计算得到信电机转子的性钱、？买例电机转子二唯镇橇型如图所示，涛真得到的静态弹性线如图所示图转子二维仿真模型 ）图实例电机转子转子静态弹性线由得到的静盡弹性线可知买例电観晨子雜黴愈厲，出现在距电机前轴头处。计算得篇钂囊点位于手璧心附近，但虔与机補长 嘴，不目應需对结檮！行重设计。校验系数的确定比解析法与猶猶仿貪餘可知，解祈法虽简攀方便但是计算精度较差，严重时还会影响电机的安全稳定运行。年第期第 卷（总第）（）纖过：分子重力、单边徽拉力及神兼中力与转子逢度间的关系，了解到产生该差异的因主要包括：未考虑电机内、外冷却鳳扇 的重量对韆子烧度的影响没有计算总挠度下单边磁拉力对转子囊度的影喻。由于电机冷却凤扇 的重量轻，因此需宴着童分析单边磁拉力对转子总遗度计寘儒瘦的影响。对于笼蛮蠢齒电机而言，其单边磁拉力可由式（）表不为式中，办经：纖；子外径电机達心长為一气隙电机气隱长；抑空磁导转子白會傷心距。遵过可以了解到，感应电机单边磁拉与轉子偏心距成正比。解析督子总？度高进一歩大 电的等逾磁辑鳶而会产生一个新的附加偏心，生新的总烧度倉系析丨勺累积，这画新纖緣边磁及总感度会邏歩减小。上述分析，重新进行实例电机转子总挠度？解析计，得如图所示的关系曲线拉力）图转子总挠度 与单边磁力关系曲线由图可知，经过逐累积歡由解析法得到的实例电机詩子总虞已接近模拟？的结果，同时新增单边磁拉力及总挠度的逐步降低子总挠度与单边磁力关系曲线教斜率也逐步趋近于零，验证了上述分析？德瞻性。此种，虑剽附加車？：犧無龜桃转子：倉影响的解析计算古法虽建精慶翁高，是需要进行大量的 累计叠加计算不方便工糧技术人员擒速判断设计的祷子结构是否 合乎要求？为了解决此种，本文依据现有高功率密度系列电机裒机计方案并合拟仿真 法翁了懷系列电机转子总丨解變计的犧驗系数。此孽列电机不同寒難下的电魏金系口表所示。表挠度计算校验系数电机极数验系露工程技术人员在现有解析法！基础上，将解的转子总挠度以表所示敢挨系卩可较为快速、准确的得到电机转子的总纖纖结语为了准确、德雜计馨现有高功率密廣系列电析专子的总挠虔：，保证转子的结构设计符合规范要求本文首 先以一台奪机为，？分别采用解折法及模揮仿真法，计算了谏实例电机转子的总挠度然后对比了计畢并分了产生差异的主襞原因最后结合揭拟仿真法給出了解十算法的校验系敏，为高功率薺度系列电机转子绪构的设计及其总提度爾计算提供了参考細。参考文 献周玲慧，向善海，陈华高效高功率密度低电机，电机与控制应用：，？）：？吴，孟大伟，许明宇高量密慮冰薄电机？顯设计与热力计算贏电机，）：陈世坤机谨计京：机德工她出版社，：顧氣吴锋，吕强，響充水式露机霧字水 摩擦对转子影的探讨大电机技术；參长帅，唐子虚，雷英鹏牵引机务丨申端痴两支点身顯？療计算电机携攀，（）：伟异步电徽樣转子力学性锻分析电气制造，（；）夏亮单边賴力对电转輸赚影响的计驗爆龟机，（：杨兆军分析象计 算的辑廳瞭电机，（）：】白照昊，张磊麟由捧峨轉电机转子力学分析与勾优化播几与控制如，穴（作者简介：孙艳秋女年生；毕业 于南通大学机械工程专业，现从事电机设计与研发工作收稿日期：