永磁体与护套分段结构的高速电机转子强度及动力学研究

针对护套和永磁体轴向分段设计导致的强度和动力学方面的问题,以一台额定功率150 kW、额定转速30000 r/min的高速永磁电机为研究对象,基于厚壁圆筒理论建立强度仿真模型,采用解析法和有限元法对护套轴向分段结构的转子应力分布规律和护套分段数对转子强度的影响规律进行研究,并以厚壁圆筒理论验证规律的合理性;建立转子系统动力学仿真模型,以有限元法研究永磁体和护套分段数对临界转速、不平衡响应的影响规律。结果表明,护套轴向分段提高了永磁体局部最大轴向应力和切向应力。永磁体轴向分段降低了转子各阶临界转速,尤其对采用刚度等级较高轴承的转子影响较大,同时升高了转子振幅。为高速永磁电机护套和永磁体轴向分段设计提供了强度和动力学方面的参考。

自启动式高速永磁磁滞电机转子强度分析

为解决自启动式高速永磁磁滞电机转子因磁滞力矩不足出现的转子打滑问题,提出两种新的“磁滞柱+永磁环”转子结构。为保证两种结构在高速运转的工况下能够安全运行,须对转子进行强度校核。基于厚壁圆筒理论分别对两种新型结构转子推导了各部分的位移场和应力场,采用有限元方法验证了解析计算的准确性,并对两种结构各部分的应力及位移进行对比分析。在额定功率为10 kW、额定转速为120×10^(3)r/min的工况下,两类转子在切向和轴向的应力差值较大,主要发生在磁滞柱材料部分,3层转子受拉,4层转子受压,两类转子各部分的位移变化均在合理范围之内。4层转子结构在启动过程中,敏感配合处应力满足强度使用条件,因此,碳纤维保护套对磁滞柱部分可以起到一定的保护作用,改变了3层结构中原有的磁滞柱与永磁环的应力状态,证明了该结构的可行性及有效性,为自启动转子的设计与优化提供了合理的理论依据。

基于内聚力模型的永磁电机转子强度分析

目前,针对内置式电机转子强度的研究,主要集中在转子的结构形状和尺寸大小上,并未考虑到铁心与磁钢之间的环氧树脂胶的影响。以500 kW永磁电机转子为研究对象,充分考虑到胶对电机转子的影响,首次提出了基于内聚力模型的电机转子强度分析方法,并给出了内聚力理论模型。通过基于内聚力模型的仿真结果与未考虑胶的仿真结果对比分析得出,基于内聚力模型的仿真结果更加符合实际情况,铁心应力有明显减小,磁钢应力分布更均匀,整体的径向位移变小。对不同强度胶的电机转子分析,通过铁心强度、磁钢强度、接触间隙、接触压强及径向位移等数据优化得出,500 kW电机转子的设计中,选用11MP强度的胶为最佳,使得电机转子铁心和磁钢综合强度最优。

碳纤维绑扎表贴式高速永磁电机转子强度分析

针对表贴式高速永磁电机中分块永磁体转子的强度分析问题,基于弹性力学理论,推导了分块永磁体转子强度的解析表达式.采用解析算法计算碳纤维护套、永磁体以及转轴中的径向应力、切向应力和等效应力,并将解析法的计算结果与有限元法的计算结果进行比较.结果表明:转子在静止和高速转动状况下,解析解都能够准确地计算出表贴式分块永磁体转子的应力分布,且解析解与有限元的误差很小,完全在可接受范围之内.

双端励磁内置转子磁分路混合励磁电机设计与转子强度分析

讨论一种新型双端励磁内置转子磁分路混合励磁电机的结构与原理。针对实心转子磁极存在转子涡流损耗严重的问题,提出转子磁极表面粘贴软磁复合材料(SMC)的组合转子结构,为进一步改善电机转子三维结构加工工艺,采用转子导磁体模块化方法。考虑软磁复合材料抗拉强度的局限性,研究碳纤维保护套下转子损耗特性,并进行转子结构强度分析,为该类新型混合励磁电机结构优化奠定了基础。

永磁电机转子强度接触有限元分析

永磁电机转子强度计算的难点在于电磁场产生的电磁力与边界接触力的耦合作用的计算。本文应用有限元分析软件Ansys,通过二维电磁-结构耦合场对永磁电机转子强度进行求解,获得了在计及电磁耦合作用条件下的永磁电动机转子强度计算结果,并得出了电机转子的应力分布情况,为此类电机设计提供了参考。

定子永磁型高速电机凸极转子强度分析

定子永磁型电机具有转子上既无永磁体也无绕组、功率密度高、效率高等优点,因此非常适合在高速下工作。然而由于凸极转子复杂的几何形状,对其强度进行分析只能采用有限元法等数值方法。基于弹性力学理论,建立了凸极转子强度的解析分析模型。分析了凸极转子的载荷分布,在此基础上,基于平面应力模型和应力函数法,推导了定子永磁型电机凸极转子的应力及变形的解析解;用有限元法对解析解的有效性进行了验证;分析了凸极转子的凸极高度及形状对转子强度的影响。结果表明,建立的凸极转子强度解析解在转子应力最大区域内的计算结果与有限元法的计算结果完全吻合,能够对定子永磁型高速电机凸极转子的最大应力进行精确分析,可为定子永磁型高速电机的转子设计提供支持。

超高速微型永磁电机转子强度分析与结构设计

超高速微型永磁电机具有能量密度大、运行效率高、便携的优越性能。而永磁材料抗拉强度低,难以承受超高转速下转子巨大的离心力,该文针对超高速微型永磁电机的转子强度问题及结构设计方法进行深入研究。首先,结合微型转子结构特点,建立一种满足多边界类型的转子应力解析模型;其次,重点分析计及机械过盈、永磁体内径、材料特性及环境温升等多影响因素下,超高速微型永磁电机转子结构在不同工况下的应力分布特点及变化规律。此外,基于边界条件及转子结构变化对转子强度影响的规律性分析,设计一款550000r/min超高速转子结构,给出护套厚度、过盈量的选择区间,以及转子应力在不同转速和温度场下的特性评估。最后根据设计方案进行样机研制和实验,实现该转子额定转速稳定运行。

MW级高速永磁电机转子强度敏感性分析

针对MW级高速永磁电机表贴式转子结构强度问题,以一台1.12MW、18000r/min高速永磁电机为例,建立三维转子结构有限元模型,计算极限工况下永磁体及护套的应力;以护套材料、隔磁件材料、护套厚度、护套与永磁体之间过盈量等为输入变量,转子应力计算结果作为输出变量,建立正交试验数据,采用方差分析法对转子结构强度进行敏感性分析,得出转子强度敏感性因素及影响规律。同时,对比输入变量不同水平对应力结果的影响,总结出转子结构参数及材料的选取原则。

中开式多级泵转子强度的计算

文章分析了KDY400-100×6中开式多级泵转子部件的受力情况,计算了轴的强度及轴承寿命。

基于ANSYS的高速表贴式永磁电机转子强度分析

对于表贴式转子结构的高速永磁同步电机,其转子在高速运行时会承受相当大的拉应力,为保证高速电机安全稳定运行,通常会在永磁体外加一层护套,并采用过盈配合对表贴式永磁体施加预压力,该护套采用不导磁合金材料,在有效保护永磁体的同时不影响电机的磁路。首先在理论层面对表贴式高速永磁电机转子进行强度分析,然后通过ANSYS Workbench对一台24kW、20000r/min的表贴式高速永磁电机转子进行有限元仿真,对比了不同静态过盈量、合金护套厚度、材料温度特性等因素对转子强度的影响,同时校核了该模型护套及永磁体的强度,并对高速永磁电机转子机械设计规律进行了总结。

列管式干燥机转子强度校核及刚度计算

本文对ＤＤＧＳ１．５列管式干燥机转子静态强度校核及刚度计算的主要内容及基本方法作了介绍，重点对组合截面惯性短的计算方法进行了研究，对组合截面梁的强度校核和刚度计算具有普遍参考意义。

隐极式高速永磁电机转子强度分析

针对隐极式高速永磁电机转子强度问题,推导了高速实心磁钢转子强度设计的解析表达式,提出一套有效的高速转子过盈量的工程计算方法。以一台10 kW,额定转速60000 r/min的永磁同步电机为研究对象,对转子各部分的应力分别进行了解析和有限元分析计算,两种方法的计算偏差在2%以内。研究表明,对于实心磁钢转子,磁钢径向和切向应力大小均随磁钢半径的增加而增加,且在磁钢圆心处,径向和切向应力相等,随着半径的增大,切向应力开始小于径向应力。对样机进行了空载超速测试,结果表明,基于该方法设计的高速永磁转子强度满足设计要求。

提高压缩机转子强度的热处理工艺研究

分析目前压缩机制造现状和发展趋势,介绍合金钢转子的工艺特点,重点验证转子渗氮新工艺,并就工艺过程注意事项和缺陷解决措施进行一定阐述,并分析结果得出结论。

1.1 MW高速内置式永磁同步电机新型转子拓扑设计与强度优化

大功率高速永磁电机中通常采用绑扎碳纤维护套的方式来降低转子应力,然而护套厚度过大会导致等效气隙增加,电机性能随之降低。针对这一问题,设计了一种具有新型转子拓扑结构的1.1 MW、18 000 r/min的内置式高速永磁同步电机。该结构采用永磁体分段设计,并增设加强筋,分担转子隔磁桥处的应力,使护套厚度得到有效降低。同时,将转子外部隔磁桥处替换为非导磁填充块,阻断漏磁路径,提升永磁体利用率。最后,有限元分析结果表明,相较于初始模型,新型结构电机在等效气隙增大1.5 mm的情况下,输出转矩达到600.44 N·m,增加了16.86 N·m,并且新型转子铁心最大应力降低了496.82 MPa,转子结构的机械强度得到显著提高,可为大功率高速永磁电机转子拓扑设计提供参考。

高速永磁电机复合转子多尺度强度数值分析

传统高速永磁电机多采用块状永磁体结构,在高速旋转下极易导致烧结永磁体的破坏。为提高转子机械强度,提出一种新型复合转子结构,该结构使用磁粉胶膜/碳纤维复合磁性材料代替烧结永磁体,采用多尺度分析方法,对其性能进行研究。在细观尺度上,利用均匀化理论分析碳纤维单元的力学性能,再根据单胞结构理论分析磁粉胶膜单元的力学性能;在宏观尺度上,将各单元的性能作为多层复合磁性材料中各单层的有效性能,采用经典层合板理论计算复合磁性材料整体力学性能,并与拉伸试验对比,验证多尺度分析方法的正确性。最后,利用有限元软件对不同尺度转子模型进行强度数值模拟,研究不同尺度下模型的应力分布情况,研究结果证明了在细观尺度下的转子应力分析更加精确。

低温高速永磁电机转子屏蔽套的设计及强度分析

针对低温泵用高速永磁电机的屏蔽套厚度和过盈量的确定问题,从电机转子强度的角度分析,提出了以厚度最小化作为设计目标的研究方法。首先确定转子各材料的强度约束准则,建立电机转子的三维有限元强度计算模型,并通过解析法验证,分析了分别采用钛合金和碳纤维作为屏蔽套材料时不同转速和温度下转子应力的变化规律,探究各材料的失效极限;并以此作为约束条件,确定了符合强度要求的屏蔽套厚度及过盈量,最终得到的碳纤维屏蔽套较钛合金的厚度更小,在强度方面更具优势。该屏蔽套的设计方法在满足转子强度的前提下,使得材料尽限利用,对低温泵用电机和高速电机的屏蔽套设计具有参考意义。

基于多维可视化的表贴式高速永磁电机转子护套设计

护套厚度和过盈量是影响表贴式高速永磁电机转子强度的主要因素。通过分析永磁转子的受力情况,把三维永磁电机转子的强度模型简化为平面应力问题,在极坐标下推导出考虑护套厚度、过盈量及转速影响的碳纤维护套永磁转子应力解析解。将永磁体和转子铁心接触面间的接触压强及碳纤维护套的最大环向应力作为优化目标,以永磁体和护套的应力极限强度为约束条件,选择碳纤维护套厚度以及永磁体与碳纤维护套之间的静态过盈量作为设计变量,通过多维可视化算法计算求解找到满足条件要求的护套厚度及静态过盈量的优解范围。通过有限元法和解析法的计算结果对比来验证转子的应力分布情况。仿真结果表明,所设计的转子护套能够满足高速下永磁体的强度保护要求,能够实现为高速永磁电机转子表面安装碳纤维护套的优化设计。

超高速永磁电机转子机械强度的实验研究

在超高速永磁电机运行时,电机中的永磁体会因难以承受巨大的离心力而破损。为了解决这一问题,基于1台超高速永磁电机,对电机转子的机械强度进行了仿真分析和实验研究。首先,基于1台超高速永磁电机,对其进行了应力有限元仿真,分析了护套厚度、过盈量、温度、旋转速度对转子应力的影响程度及其灵敏性;然后,基于上述分析结果获得了高机械强度转子的设计方案,并对不同运行工况下的超高速电机转子的应力进行了校核;最后,加工出了1台额定功率为7 kW、额定转速为150000 r/min的超高速永磁电机,并对其进行了机械强度运行实验和空载特性测试。实验测试结果表明:永磁体应力在不同工况下均表现为压应力,其最大值为109 MPa,安全系数大于6,尚有较高的裕量;而护套应力的最大值为967 MPa,安全系数大于2,说明与永磁体相比,护套更易达到极限机械强度;同时,样机测试的空载反电势为362 V,与计算值的吻合度在98%以上,且该转子在超速运行数小时后,未见任何损坏。研究结果表明:所设计的电机转子具有高可靠性,可以满足电机超高速运行的需要。

多层护套结构高速永磁电机转子机械强度与损耗分析

针对表贴式高速永磁电机转子护套与永磁体之间过盈配合单一、护套内外表面上作用力跨度较大的问题,提出一种多层护套转子结构,能有效减小护套的总厚度。在满足转子机械性能的前提下,多层护套转子结构通过在每层护套之间施加适当过盈量的方法使护套整体的受力分布更加均匀,提升了护套的使用效率,因此总厚度相比单层护套更薄。为快速分析多层护套转子结构的受力情况,建立了该结构的二维应力场解析计算模型。基于解析模型提出了一种多层护套的设计方法,并用该方法对一台高速永磁电机的转子进行设计,且通过有限元分析验证了该设计方法的准确性。最后,将所设计的多层护套与原单层护套相对比,该结构的护套厚度减小了10%、转子涡流损耗减少了12.6%。