开关磁阻电动机转子偏心特性分析

利用有限元软件建立12/8极开关磁阻电动机的二维电磁模型,分析了转子静态偏心时定子极下气隙磁密和径向力随电流的变化规律;建立定子三维模型进行模态分析,得到电机振型和固有频率,进而分析了转子静态偏心时定子所受径向力随转子位置角的变化曲线,并对径向力进行频谱分析,揭示了径向力与电机振动的关系,为开关磁阻电动机振动和噪声的抑制奠定了基础。     

基于物理模型开关磁阻电机定子模态和固有频率的研究

准确计算定子模态和固有频率是降低电机噪声和振动的基础。该文基于开关磁阻电机(SR电机)物理模型，利用3维有限元软件，全面研究了定子模态和固有频率，系统分析了绕组、端盖和安装对定子模态和固有频率的影响。研究表明，对小功率SR电机，2阶模态对噪声和振动的贡献最大。定子绕组对固有频率的影响非常严重，弹性模数远低于实心铜材，绕组不宜采用质量计入磁极或铁心的方式处理。端盖、底脚安装均导致定子固有频率明显升高。最后讨论了2维有限元模型与3维有限元模型计算结果的差异。计算结果与试验结果进行了比较验证。     

ANSYS软件在交流电机定子振动研究中的应用

利用ANSYS软件对交流电机方箱型式的定子振动结构系统建立三维有限元模型进行模态分析,得出定子振动的振型和固有频率,并将计算结果与试验结果比较。证明该方法在研究电机定子振动中应用是有意义的。     

感应电机定子温度场的数值计算

针对中小型感应电机结构复杂热模型难以建立的问题,以一台小型感应电机为例,采用有限元方法,建立了电机的二维温度场数值计算模型。给出了定子二维温度场计算的泛函以及相关热性能参数的计算方法;计算了不同负载运行时样机定子的稳态温度场。计算结果与实测值的比较,验证了所采用计算模型及方法的合理性。该电机温度场计算模型可以应用到其他同类电机定子温度场的计算与分析。在该温度场计算模型的基础上,分析比较了机壳散热翅高度的变化对电机定子温度场的影响,研究了气隙温度对定子温度场的影响。     

永磁同步电机电磁噪声有限元分析

介绍了永磁同步电机电磁噪声有限元分析方法,首先建立永磁同步电机二维电磁场有限元仿真模型,计算气隙中电磁径向力波的时空图谱,并进行二维傅里叶变换,得到径向力波的阶次和倍频数;再建立电机定子与周围空气的声固耦合三维有限元仿真模型,逐一加载径向力波载荷进行谐响应分析,得到定子的振动位移以及周围空气的声压级分布。     

多层压电陶瓷驻波超声微电机的研究

主要研究了多层陶瓷双梁结构的超声驻波微电机。首先用有限元方法分析了该结构的振动模态，得到一适合电机运转的工作模式电机定子的固有扭转模态。定子扭转振动带动其上双梁产生弯曲振动。多层压电陶瓷产生纵向振动，从而构成纵、扭、弯复合超声电机。我们在计算的指导下设计并制作了一组微电机，电机直径３ｍｍ，定子高在４５ｍｍ之间，转子厚度为１ｍｍ，电机工作频率在５０８０ｋＨｚ，与计算结果基本符合。最后我们对电机的加工工艺，组装技术及结构设计进行了分析，指出了计算结果与实际工作状态存在差异的原因，并提出了改进的建议。     

弯纵复合大推力直线超声波电机

设计了一种三阶纵向振动和八阶弯曲振动复合的大推力直线超声波电机,阐述了其结构和工作原理;采用有限元法对定子进行动力学分析,用ANSYS有限元软件计算定子的振动模态,进行谐响应分析;建立定子和滑块的接触模型,得到预压力和定子推力之间的关系.通过实验方法测量定子阻抗特性,将所得结果与理论分析相比较,并得到电机的动态特性.     

端电压调速时电机内电磁场与温度场计算

以一台笼型感应电机为例,采用有限单元法对电机端电压调速时电机的二维电磁场进行了数值计算;从而得到不同电压时定子绕组的基本铜耗、转子导条损耗。基于一系列假设条件和边界条件,建立笼型感应电动机定转子耦合温度场数学模型以及二维有限元计算模型,给出了其相应混合边值问题的泛函和条件变分。在电磁计算分析的基础上,计算了端电压调速时电机在额定负载运行情况下定、转子二维稳态温度场,分析了端电压调速时电机定子绕组和转子温度场的影响,为端电压调速时电机的温度分布的评估提供了理论依据和计算方法,具有工程实际意义。     

散热片数对湿式潜水感应电机噪声影响分析

针对感应电机运行中的噪声问题,通过对一台160 kW潜水感应电机进行多物理场耦合有限元计算,结合解析法对径向电磁力的阶次和频率进行探究,分析了电机气隙中径向电磁力波的时空特性,并通过声学仿真进行了噪声的相关计算。考虑径向电磁力的二维傅里叶分解得到的结果和机壳模型模态的阶次与频率,分析说明了噪声的来源,提出可通过如调整电机机壳散热片数等方式改变电机模态在阶次与频率上的分布或降低机壳振动系数实现噪声控制的目的。     

48 V被动油冷感应电机冷却性能研究

以48 V扁线绕组感应电机为研究对象,采用COMSOL软件温度场仿真计算方法,研究感应电机的转子旋转搅动冷却油的被动冷却方式对感应电机温度场分布的影响和热均衡效果。将三维电磁场分析的难度降维为电机轴向中部平面进行二维电磁场分析,以简化计算并得到其磁通密度分布图,由此计算出电机各部分的损耗值。建立该电机简化的三维全域仿真模型,并对其进行了大电流工况下瞬态热分析,仿真结果表明：被动油冷电机中气隙、转子、绕组的温升得到了明显减少。在两台相同性能参数的电机上进行空气冷却和被动油冷方式冷却温升试验,试验结果表明：与风冷系统相比,被动油冷系统能显著改善电机的转子、扁线绕组的温升,电机输出功率得到明显提升,是一种较为经济且可靠的散热系统。     

基于相关分析的感应电机定子故障诊断方法研究

分析了感应电机定子线圈短路故障时的振动特征及定子电流的谱特性，指出由于受电机固有不对称等因素的影响，单纯利用振动谱分析或定子电流信号频谱分析(MCSA)诊断定子线圈短路故障，不能得到准确可靠的诊断结果；提出了一种基于相关分析的感应电机定子故障诊断方法，能有效提取电机定子故障时的特征信息，利用该方法可提高故障识别的精度；实验结果证实，基于相关分析得到的谱特征可以作为感应电机定子线圈短路故障诊断的依据。     

考虑磁致伸缩效应的电机应力数值仿真与实验

电机振动噪声的来源之一是电机定子铁心硅钢片的磁致伸缩效应。首先建立电磁-机械耦合数值模型,并在有限元分析软件中进行计算,研究磁致伸缩力单独作用与电磁力单独作用对电机定子硅钢片的影响。数值仿真结果表明:电机定子结构中磁致伸缩力为主要应力来源,定子铁心硅钢片中低频振动频率为供电频率的1倍频率与2倍频率。根据仿真思路设计实验,取出电机转子以保证主磁路通过电机定子,通过振动测量设备采集电机定子表面的振动信号进行分析,对仿真结果进行证明。计算理论与实验方法对分析磁致伸缩效应对电机定子振动噪声的影响具有重要的指导意义,对电机低噪声化的研究具有一定的学术意义和参考价值。     

基于有限元模型的电机零部件与整机结构振动关联特性

针对电机由多个复杂零部件组合而成导致系统振动故障难以准确诊断的问题,推导了含定子绕组、铁芯、端盖、转轴等电机零部件系统结构动力学方程,采用有限元法构建了某型异步电机零部件与整机系统动力学模型,并运用锤击法验证了建模法的有效性。通过分析无相对位移连接组件与整机有限元模型的固有频率值,得出底板、定子绕组、转轴、铁芯、前端盖及后端盖零部件对整机前三阶模态的贡献程度依次增大;研究零部件间连接方式对电机固有频率的影响,发现电机各阶固有频率随着零部件间连接刚度值增大而增加规律,这些可为电机振动故障分析与动力学设计提供参考。     

大型异步电动机定子振动与模态分析

预测电机的振动和噪声需准确计算电机定子结构的固有频率及定子的响应特性。文中利用3D有限元软件研究了定子模态和固有频率，分析了定子叠片结构、绕组对大型异步电机定子固有频率和振动模态的影响；用有限元分析和实验测量确定正交各向异性叠片结构和绕组的材料属性，并与实测结果进行了比较。研究表明，对于大型异步电机，定子绕组对固有频率影响很大，其弹性模量远低于实体铜，有效部分绕组和端部绕组不能简单地以附加质量形式计算固有频率；端部绕组质量和刚度对固有频率的影响大体相互抵消，所以端部绕组对固有频率的影响相对很小。     

基于信息融合分析的感应电机故障检测方法

为了提高感应电机故障检测的准确性,在分析了感应电机定子线圈短路故障时的振动特征信息及定子电流的谱信息的基础上,指出了单一的振动分析方法或定子电流频谱分析（MCSA）诊断定子线圈短路故障,不能得到准确可靠诊断结果的原因,提出了一种基于信息融合分析的感应电机定子故障检测方法,能有效提取电机定子故障时的特征信息,提高了故障识别的准确性。实验结果证实,基于融合分析得到故障特征可以作为感应电机定子线圈短路故障诊断的依据。     

Detection of Stator Winding Inter-Turn Short Circuit Fault in Induction Motor Using Vibration Signals by MEMS Accelerometer

This paper presents a novel method for detecting stator winding inter-turn short circuit fault in a three-phase induction motor by vibration signature analysis using non-electrical contact type microelectromechanical systems (MEMS) accelerometer. The present work detects inter-turn short circuit by vibration analysis in a three-phase induction motor running under different load conditions. Theoretical analysis of stator winding under inter-turn short circuit condition has been presented. Experimental investigations have been carried out to detect inter-turn short circuit fault by vibration signature analysis using a MEMS accelerometer with three-phase induction motor operating under different conditions. The spectral analysis of motor vibration has been carried out using radix-2 decimation in time fast Fourier transform algorithm. The appearance of particular characteristic frequency components in vibration spectrum indicates stator winding inter-turn short circuit faults. The experimental results are found to closely match with the theoretical values, indicating that MEMS accelerometers can be successfully employed for the detection of stator winding inter-turn short circuit fault in induction motors.     

Operating frequency tracking of single phase driving type piezoelectric motors

We developed a multi (or mixed) mode excitation type piezoelectric motor that uses a rectangular bar type piezoelectric multilayer stator as the vibrating element. The stator has a first longitudinal vibration mode in a direction of longest length and second flexural mode in a direction of thickness. During operation of the motor, these two modes are coupled so at the two end surfaces, elliptical motions are generated. The elliptical motion at one end of the stator is transferred to a moving element through frictional contact. This paper introduces structure and operating principal of the piezoelectric multilayer stator. An equivalent circuitry model for the free stator and a frequency tracking method to operate the motor at its optimum operating frequency are also proposed. The frequency tracking method not only finds the best operating frequency, it also tracks the frequency variations from sample to sample and operating frequency shift due to temperature change.     

液体媒质超声波电机中液体媒质的负载效应

针对液体媒质超声波电机中存在的液体媒质对定子振动特性的影响,阐述了液体媒质超声波电机的工作原理,并在此基础上利用声场和定子振动的耦合方程研究了液体媒质的负载效应,分析了液体媒质对定子谐振频率的影响.利用ANSYS建立电机有限元模型,通过耦合场分析研究了液体媒质的高度、密度和声速与定子谐振频率的关系.分析发现,随着液体高度、密度的增加,负载效应增强,定子谐振频率降低;而当声速增加时,负载效应减弱,定子谐振频率增加.实验结果证明了理论分析的正确性.