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永磁电动机转子的机械强度分析

发布于:2016-01-24 21:17
电机强度分析

      内嵌式永磁电动机(以下简称IPM)采用转子冲片内嵌磁钢块且磁极表面对称分布的方式,不仅使电机反电势波形得到优化,而且有效地抑制了电机齿槽力矩和负载力矩扰动。由于电机存在轴不对称,凸极效应产生的附加磁阻转矩将进一步提高电机效率。由电机的磁路分析表明,经过磁保护的磁钢,其抗去磁能力增强,电机体积有效减小,功率密度得到大大提高。
      经过合理的强度分析与机械设计,相比采用普通瓦形或者环形磁钢的电机,IPM电动机转子结构坚固可靠,无需额外绑扎等其它加固措施,加工工艺简单,更适合高速弱磁运行。因此,内嵌式永磁电动机转子结构具有结构简单、尺寸灵活多样且效率高、功率密度大等优点。常规的高速IPM电动机中,极靴由于远离旋转中心,将受到很大的离心力作用而产生严重的形变,而连接极靴的隔磁桥将承受极大的应力。为提高转子的机械强度,一般需要采取增加隔磁桥宽度的措施来减小形变。但这使得电机漏磁大幅增加,电机性能下降。因此对于IPM电动机,转子强度和应力分析将是一个必要的设计环节。以高速运行的IPM电动机为研究对象,分析了电磁力与离心力、永磁体吸引力三种力对于转子形变的影响。
      常规的电磁及结构有限元分析由于考虑上述三种类型的力的共同作用,涉及电磁场与结构场的切换,导致流程复杂,计算量大。以下提出了一种灵活高效的简化模型分析法,该方法利用电磁有限元网格剖分,来计算转子离心应力,具有流程简单、计算量小的特点。仿真和实验结果表明,该方法实用有效。
      对于IPM电动机性能的分析,有限元计算是一种有效的分析手段。其中电磁有限元可以得到转子隔磁桥和极靴饱和的状况及电磁性能,而结构有限元可以分析隔磁桥部分的形变状况。基于强度分析中结构场与电磁场弱耦合性的特点,分析过程如下:先构建电机有限元节点与单元模型,接着对该电磁模型进行电磁力的计算和电磁性能的分析,最后将电磁模型分析的结果作为结构分析中结构场的边界条件,进行相应的应力计算及结构分析。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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