高速永磁电机热应力计算与机械特性的分析

发布时间：2020-05-29 10:04

【摘要】：高速电机由于体积小、转速高、可与工作机或负载直接相连等优点,所以普遍应用在高速磨床、储能飞轮和高速离心压缩机等领域。由于转子由不同材料组成,其热膨胀率不同,所以当转子温度升高时,就会引发热应力。也即成为转子在计算机械强度计算时不得不考虑的问题。本课题在考虑热应力的情况下,针对表贴式和内置式高速永磁电机的转子,分别研究了电机转子机械强度和电磁性能。首先,建立表贴式高速永磁电机的有限元模型,做出基本假设和边界条件,并对转子部分进行接触定义,得到转子部分不均匀的温度分布作为热应力的温度载荷。在考虑热应力的情况下,计算转子的机械强度,并与解析解进行对比,验证有限元。对不同温度载荷下的转子机械强度进行比较分析,以及对不同永磁体结构、转轴材料的热膨胀率和过盈量对转子机械强度影响分析。其次,同样在考虑热应力的情况下,对于内置式高速电机,在考虑温度载荷引起的热应力与无热应力时转子的两种受力情况,基于有限元对内置式一型高速电机进行计算。并对一型永磁体分两段和分三段时,进行转子的机械强度和电磁性能的研究。以及在不同隔磁桥宽度情况下,对V型内置式永磁电机的转子的机械强度进行研究。最后,针对有轴承和转子组成的转子系统,进行动力学分析,研究不同轴承刚度和转子结构对临界转速的影响,并对转轴进行疲劳寿命分析。
【图文】：

永磁转子

沈阳工业大学硕士学位论文高速永磁电机的转子在考虑热应力的情况下，进行转子的机械强度分析并对转子优化，以及电机机械特性的分析，为高速电机的研发提供参考。.2 国内外研究现状.2.1 高速转子强度研究现状目前，，对于永磁电机转子的机械强度，尤其是高速电机，国内外专家都进行了的探讨。转子结构会发生变化及被破坏。究其原因，是转子所受到外力（离心力磁力、温升引发热应力）作用。国内外对高速电机转子研究主要为以下内容。文献[4]针对额定功率为 40kW 转速为 40000r/min 的高速永磁电机，分别对内置表贴式两种转子结构的转子进行了强度分析。如图 1.1 所示为表贴式和内置式的转构图。

物理模型,电机,节点力

元上的等效节点力： e e e e eR Q P H F 中， eQ 为等效表面节点力； eP 为等效体积节点力； eH 为温度载荷等效集中力节点力。体等效载荷列向量为： 1Ee R R Q P H F 限元法求解过程为：首先，需经偏微分到积分方程的变换。然后，对其，并解代数方程组，得到温度和热应力场的分布。磁电机的结构和物性参数章主要对 15kW 表贴式高速永磁电机转子的热应力进行研究，图 2.1 为永模型。转子的温度与定子甚至整个电机有关，所以为了准确得到电机的机的整体模型。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM351

【参考文献】