高速永磁电机转子静力学与模态分析研究

高速永磁电机运行时转子产生较大离心力,为了避免电机转子失效,在设计阶段对电机转子静力学与模态分析至关重要。以转速高达90000 r/min永磁发电机为研究对象,通过三维软件UG建立该高速电机转子模型,在ANSYS软件中对转子进行静力学分析,得出电机转子在高速工况下变形和应力分布规律;通过模态分析,得到了电机转子结构固有频率和振型云图,最后进行了样机制作并配套永磁发电机。相关研究工作为高速永磁发电机设计提供了一定参考价值。     

变转速下涡旋压缩机转子系统不平衡瞬态响应分析

基于ANSYS Workbench软件对某卧式涡旋压缩机转子系统三维模型模态分析,获取转子系统前六阶模态的固有频率、振型以及临界转速;应用瞬态不平衡响应分析法对该转子系统在变转速工况下(尤其启动时)运行、不平衡质量产生离心力的变化问题进行分析。分析结果表明:临界转速在工作转速0～6000 r/min范围内没有出现转子系统最大变形出现位于平衡铁外边缘处,变形量为3.8698e-3mm。依据旋转机械标准振动评价等级ISO-10816,转子系统振动状态良好,工作平稳运行。     

内置式静压电主轴热性能正交试验研究

电主轴技术在机床领域获得了广泛应用,其热性能有利于提升机床的性能.基于正交法,分别以温度和热变形为指标对内置式静压电主轴可控的主轴转速、电机水冷温度、供油压力和油箱油冷温度四个运行参数进行了单指标正交试验,在主轴转速4000 r/min～5000 r/min下油箱油冷温度是影响最大的因素;分析确定电机冷却温度、供油压力、油箱油冷温度三个较佳的运行参数后,进行了主轴转速7200 r/min的运行试验,此时电主轴最高温度不超过60℃,热平衡时间为25 min;相关技术研究成果可应用于机床整机的热性能分析.     

基于ANSYS的高速永磁电机转子模态分析

为避免某款高速永磁电机的转子在运行时与外界响应产生共振,运用有限元分析方法、ANSYS软件对高速转子进行了模态分析和仿真,获得了该转子的8阶固有频率、振型和坎贝尔图。研究结果表明:该转子的额定转速(60 000 r/min)远低于其临界转速,不会出现共振现象。研究结果可以为相似高速转轴的设计提供理论基础。     

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150 000 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。     

离心力场作用下的燃气轮机压气机叶片振动模态分析

分析燃气轮机压气机叶片在离心力场作用下导致的动频相较于无载荷时的固有频率(静频)不同之处,求出叶片工作时的真实振型和共振频率对于提高叶片的动态性能有重要的作用。通过对某重型燃气轮机轴流式压气机某级动叶片的数字化建模和振动模态分析,分别计算得出了压气机叶片在无载荷、离心力场作用下的前六阶固有频率、动频及振型云图,分析了离心力场作用下叶片的应力分布状态,以及离心力场对叶片固有频率的影响。根据转子转速区间,分析了三种不同转速产生的离心力场对叶片频率的影响趋势。计算结果表明:离心力场使叶片产生动力刚化效应,使叶片的各阶动频相较固有频率有所增大;离心力场对基频影响最为显著,当转子转速为6000 r/min时,基频相对偏差达63.73%;动力刚化效应与转子转速呈正相关,叶片转速增大导致动频增大,且基频增大最为显著。     

带孔板离心泵的电机叶片泵样机效率分析

针对所研制的电机叶片泵样机,建立了样机性能测试系统。通过测量样机的输出流量、转速等性能参数,获得了样机的转速、效率随出口压力的变化特性。运用理论分析和数值计算对试验结果进行了分析,得出电机叶片泵样机的浸油负载和电机鼠笼转子电阻是影响样机效率的主要因素。优化鼠笼转子材料和结构,可显著提高电机叶片泵转速和效率,在最高工作压力22 MPa时,转速提高90 r/min,可达1472 r/min;效率提高2.4%,最大可达47%。对完善电机叶片泵基础理论,以及静音、高效液压电机泵的研制有重要的指导意义。     

空心飞轮转子的有限元分析与优化

介绍了飞轮储能系统的结构组成,对飞轮设计中的主要参数进行了分析。应用ANSYS Workbench软件对三种不同形式的空心铝合金飞轮转子模型进行有限元分析,研究网格划分对应力仿真结果的影响,并在15 000 r/min的极限转速下研究三种形式空心飞轮转子的应力、变形分布情况。基于有限元分析结果,对曲线轮辐飞轮进行了优化。     

电动汽车轮毂电机场路耦合协同仿真研究

为满足当前电动汽车性能要求,根据汽车理论计算电机需要的额定转速为940.6r/m,额定转矩为396.3Nm。基于外转子直流无刷电机原理设计了一种电动汽车轮毂电机,建立了电机的几何模型,利用Maxwell软件对其在考虑负载情况下进行仿真。进一步提出了电机的控制策略,对电机进行场路耦合仿真。结果表明电机转速及转矩能满足汽车要求,控制策略能对电机的电流及转速实现控制。     

时栅位移传感器的动态特性研究

为了解决时栅角位移传感器的动态测量问题,在基于静态的时栅位移传感器电磁仿真的基础上,通过引入运动单元模块,建立了时栅位移传感器的动态电磁仿真模型。通过分析时栅位移传感器的感应电动势幅值信号和感应频率信号,得到了动态条件下的时栅位移传感器感应电动势幅值和频率与转子转速的关系,并测算了磁场式时栅位移传感器在激励频率为400Hz的情况下,理论上能够达到的极限转速为8r/min。实验结果表明,转子转速在0～8r/min时传感器动态误差为±1.4″,速度超过8r/min时传感器精度开始恶化,转子转速为10r/min时传感器误差为±8.2″。     

高速永磁电机转子护套过盈配合量计算及应力分析

高速永磁电机的永磁体抗拉强度很小,不能承受转子高速旋转产生的离心力,因此需要一个过盈配合的高强度防护套对永磁体进行保护。主要分析了转子护套和永磁体间过盈配合量及应力的计算方法,对一台额定转速60 000 r/mim的高速永磁电机,计算了过盈量的值以及护套和永磁体的应力,并根据计算的过盈量采用ANSYS Workbench12.1分析了护套和永磁体的应力。结果表明,理论计算值与ANSYS的仿真结果接近,能够满足高速下保护永磁体的要求。     

轴向推力轴承性能仿真及试验研究

推力轴承是离心压缩机的关键部件,其性能对压缩机的可靠性有决定性的影响。本文首先利用THRUST软件建立了可倾瓦止推轴承的三维模型,并考虑轴承瓦块、推力盘和油膜之间的流场-温度场-弹性变形的耦合,获得转子转速1500 r/min,2000r/min,2500 r/min,3000r/min 和3500r/min下可倾瓦推力轴承的油膜厚度、转子轴向位移及轴瓦温度。同时,建立试验装置并进行试验研究,最大轴承载荷为30000N。最后将试验结果与软件仿真结果相对比,发现模拟得出的瓦块温度和轴位移值与试验相吻合,从而证明THRUST软件的算法适用于本文研究的工况范围内的推力轴承的模拟,可为推力轴承的性能预测、优化设计及改造提供指导。     

非接触式球形转子压电作动器驱动器技术

为了解决非接触式超声电机的近声场驱动问题,提出利用有限差分法求解转子转速的方法.首先,设计出一种新型的非接触式球形转子压电作动器,根据其结构建立数学模型,对定转子之间的挤压膜中气体的控制方程进行简化;然后,利用有限差分法对挤压膜和转子的耦合控制方程进行离散并求解出转子随时间的转速变化曲线和稳定后的压力振型;最后,加工出作动器样机并建立实验系统,得出的实验数据与理论计算数据一致.本研究工作对在非接触式超声电机中如何提高转子转速提供了理论分析的方法和途径.     

某重型立车静压转台热特性分析与实验研究

以某重型立式车床静压转台为研究对象,通过ANSYS Workbench建立油膜-转台这一流固耦合模型,探讨不同转速条件下,因油膜的摩擦发热导致的转台温度场及热变形场的变化规律。分析结果表明:油膜封油边处温升最大,在转速低于20 r/min时,静压转台热变形随转速的增加而缓慢增大;在转速高于35 r/min,静压转台热变形随转速的增加迅速增大。同时对不同工况下的油膜温升进行了测试实验,与封油边油膜瞬态温度仿真结果能够较好地吻合,转台边缘轴向热变形与径向热变形测试结果与仿真结果的变形方向及趋势是一致的。研究结果为进一步分析重型立车运行过程中的热误差控制及结构设计优化提供了理论依据。     

压缩机用永磁无刷直流电机的多物理场分析

为了降低电动涡旋压缩机的电机电磁噪声,对于有外套的弧形磁片式转子电机在中低频电磁噪声较为明显的情况,提出采用内置V型径向式转子电机,并对样机进行了多物理场联合仿真和实验测试.通过仿真分析得到了内置V型径向式转子电机在1000～6000 r/min的6个转速下的多物理场的振动等效辐射声功率瀑布图以及噪声的远场声压级瀑布图,并在噪声室通过汽车空调压缩机噪声测试运转台测试了样机的振动及噪声,将仿真的数据与实验数据进行对比,验证了基于ANSYS Workbench平台永磁无刷直流电机在多转速下的耦合场分析的准确性.     

双斜盘轴配流轴向柱塞式液压电机泵的实验研究

研制了一种双斜盘轴配流轴向柱塞式液压电机泵样机，并通过实验研究了样机所能达到的性能：理论排量7 mL/r、额定工作转速6000 r/min下公称压力20 MPa; 5000 r/min下最大工作压力30 MPa;液压泵部分的容积效率达到91%以上。测得液压电机泵总效率最高值到达61%,中等转速区间(2000～4500 r/min)和压力区间(10～30 MPa)范围内总效率在0.56～0.61。实验表明，此类型液压电机泵，转子黏性阻力损失和配流轴间隙处的泄漏损失是两大主要损失，温度对这两大损失分别有明显的减少和增加作用，通过改善散热条件、选取合适的配流副间隙和使用低黏度液压油，有望更进一步提高样机的总效率。结果表明：适度提高液压电机泵的工作转速和提高电机的电流密度可以显著提高液压电机泵的功率密度，但转速过高，会带来较大的黏性阻力损失；采用较低工作转速、偏细长型的转子，采用低黏度液压油和取合适的配流副间隙，并且改善散热条件等，都是提高轴配流液压电机泵总效率的有效方法。     

电主轴温度场与热变形的仿真与实验研究

以Setco 231A240型高速电主轴为研究对象,考虑了内置电机的损耗生热和轴承的摩擦生热,计算了电主轴各部分之间的传热系数,利用有限元软件Workbench建立电主轴有限元模型,分析得到了电主轴在不同因素影响下的温度场分布,基于电主轴热-结构耦合关系分析得到了温度影响下电主轴的热变形。仿真结果显示,较低转速下电主轴转子温度最高,转速对电主轴温度影响较大;电主轴头尾部热变形较大,主要为轴向变形。最后,将温度场仿真数据与实验数据对比,验证了仿真分析的准确性。     

超导转子旋转驱动装置的设计

为了实现超导球形转子在低温环境下高速稳定的旋转,设计了一种基于迈斯纳效应的超导转子旋转驱动装置。该旋转驱动装置主要包括超导定子和超导球形转子两部分,定子采用两相结构,转子采用在其内壁上开有4个窗口的空心结构。利用定子超导线圈的磁场在空心转子内壁窗口上产生的转动力矩驱动转子旋转。然后,通过Ansoft软件对超导转子旋转驱动力进行了有限元分析。分析表明,驱动力矩与驱动电流的平方近似成正比例关系。在4.2K,30Pa下进行了转子旋转实验,结果显示,30A驱动电流下转子转速达到了8512r/min,表明该旋转驱动装置能够将转子加速到8500r/min以上的工作区域,为进一步优化装置设计参数以及提高转子旋转稳定性奠定了基础。     

一种新型杆式行波型超声电机的研究

以提高新型杆式超声电机转速、负载能力和能量转换效率为目标 ,对电机定子、转子的结构和接触模型进行了研究。以有限元分析计算为基础提出了新的电机定子结构 ,使定子在定子、转子接触面处的振幅加大 ;提出并应用了柔性转子的概念 ,使定子、转子在接触面上的径向相对滑动大为减小。用实验方法对电机机械性能进行了测试和分析 ,得出电机定子 (兰杰文振子 )的预压力以 2 0 0 0N左右为佳 ,定、转子间最佳的预压力 35N。实测工作频率为 38.7kHz时 ,无负载转速为 2 2 5r/min ,堵转力矩为 4 2N·m ,达到了设计要求     

向您介绍高校技术转让项目

▲单相稀土永磁直流无刷电机 该电机由电机和电子调速两部分组成,电机部分为稀土永磁转子同步电机,电子调速部分为电压型递变器。该电机可用于需要无级调速的小功率拖动系统中,如电动工具、仪表机床、小型风机、水泵、医疗器械及空调压缩机等,可取代分马力电动机。其主要技术指标:电源电压 220V,50Hz;输出功率 转速3000r/min时为120W,转速6000r/min