基于Ansys的永磁同步电机转子振动分析

振动是电机的重要指标,对电机转子进行振动分析为其结构改进和性能优化提供理论依据。运用Ansys有限元分析软件对永磁同步电机转子进行模态分析,得到该电机转子振动系统的低阶固有频率和模态振型,分析了电机振动特性。通过电机转子模态试验,求得电机低阶固有频率,对比仿真与试验结果,验证有限元分析结果的可靠性。由结果分析可知,研究对象在额定转速下未产生共振,验证了其结构设计的合理性。研究内容对永磁同步电机的设计和优化有一定的指导意义。     

车用永磁同步电机转子静力学和模态分析*

当永磁同步电机高速旋转时,转子会产生较大的离心应力,为了避免转子失效,对电机转子进行静力学和模态分析是十分重要的。以一台最高转速为9000 r/mim的永磁同步电机为研究对象,通过ANSYS对其进行静力学分析和模态分析,得到应力和变形云图,以及固有频率和模态云图,为高速永磁同步电机设计提供了一定参考。     

抽油机用外转子永磁同步电机振动特性研究

建立了石油抽油机用外转子永磁同步电机三维模型,基于该模型,使用Maxwell软件分析其内部磁场和径向电磁力,得出电磁力的频谱图;使用Ansys软件对该永磁同步电机进行模态分析,得出其各阶固有频率,通过分析固有频率和电磁力计算结果,得出对永磁同步电机振动影响较大的频率点,为外转子永磁同步电机避免共振提供参考,为分析电磁噪声奠定基础。     

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构的电磁性能及电磁振动噪声分析

为了研究转子拓扑结构对内置式永磁同步电机(IPMSM)电磁性能以及电磁振动噪声的影响，以8极48槽永磁同步电机为例，根据设计指标，分别建立单层和双层永磁体两种内置式转子的永磁同步电机有限元模型，两个模型在定子、绕组、永磁体用量及轴向长度上完全一致。首先，从磁路结构的角度分析交直轴电感的区别，并分别对电机的交直轴电感参数、转矩波动、空载反电势及其谐波含量和输出外特性进行有限元分析比较。其次，根据麦克斯韦张量法推导出径向电磁力密度的解析表达式，并分别将两台电机的气隙磁密和径向电磁力密度及经过傅里叶分解后的谐波含量进行分析比较。最后，建立电机的三维有限元模型，计算定子铁心和定子组件径向模态的振型及固有频率，并对两台电机的电磁振动噪声特性进行仿真分析比较。结果表明，对于内置式永磁同步电机，在永磁体用量相同的情况下，双层永磁体比单层永磁体的转子结构具有更加良好的电磁特性及电磁振动噪声表现。     

15000 r/min高速永磁同步电机转子结构分析

随着永磁同步电机在工业上的广泛应用,市场对高转速永磁同步电机的需求也越来越多,而转子结构的设计是制约高转速永磁同步电机发展的关键因素之一。文章以15 000 r/min永磁同步电机为例,从齿槽转矩的优化、转子冲片的强度校核和转子模态分析几个方面,较详细地分析了转子在设计过程中需要注意的问题。电机最终运行性能稳定,并通过了第三方验证,符合设计预期。     

缺相故障下永磁同步电机电磁径向力动态特性分析

永磁同步电机的电磁振动特性分析是电机振动噪声控制方法研究的重要方面之一,针对三相永磁同步电机的电磁径向力动态特性及其在缺相故障状态下的不同响应特性进行理论与仿真分析,通过推导磁通密度构建永磁同步电机电磁径向力的数学模型,基于Matlab软件建立三相永磁同步电机缺相故障下的电磁径向力动态仿真模型,分析不同负载及缺相故障下永磁同步电机电磁径向力动态特性,分析结果可以为永磁同步电机振动分析与控制以及电机振动噪声控制提供理论参考。     

永磁同步电动机转子系统的模态分析计算

对一般调速永磁同步电机转子系统进行了模态分析,针对表贴式转子结构,分别对其自由状态下,轴承支撑状态下分别进行了模态分析计算,利用ANSYS-workbench有限元软件模拟轴承支撑,并通过调整轴承位置,研究轴承距离转子铁心对称与不对称情况下的模态频率的变化。研究结果表明,相对于转子系统自由状态下的模态频率,轴承支撑会使转子系统模态频率下降,另外,对称轴承支撑更有利于转子系统稳定,使一阶临界转速更高。为高速电机转子的结构优化设计提供一定的依据。     

基于扰动滑模观测器的永磁同步电机矢量控制

分析了一类非线性系统基于扰动的滑模状态观测器设计的基本思想,在此基础上将其应用到永磁同步电机无传感器矢量控制策略下永磁转子速度及位置信息的获取当中.为获取精度较高的状态估计,设计了具有变截止频率特性相位补偿的位置及具有自适应调节率的转速滑模观测器,理论分析表明这类观测器对参数变化具有极强的鲁棒性.仿真结果证明基于空间矢量脉宽调制供电技术的永磁同步电机双闭环无传感器矢量控制系统具有较好的动静态性能.     

电动汽车用永磁同步电机电磁振动噪声分析及优化

电机径向电磁力是引起电机电磁振动噪声的主要原因,本文应用Maxwell应力方程推导出电动汽车用永磁同步电机径向电磁力的解析表达式,并在此基础上分析总结了永磁同步电机各径向电磁力的来源及阶次和频率。转子结构的改变将影响电机磁场的分布,从而进一步影响电机的径向电磁力及电磁振动噪声水平。本文以一台电动汽车用永磁同步电机为研究对象,为削弱电机的电磁振动噪声,提出了方案1和方案2两种转子结构。分别对方案1、方案2和原样机进行电机电磁力和电磁振动噪声数值计算和对比分析。对比分析结果表明,方案2的转子结构能有效改善电机的电磁振动噪声。本文的分析结果为电动汽车用低振动噪声永磁同步电机的设计提供了研究基础。     

地铁车辆永磁同步电机振动噪声测试及特性分析

为获得某地铁车辆永磁同步电机的噪声特性,开展了永磁同步电机的电磁力波理论分析和振动噪声测试,从A计权声压级、1/3倍频程和色谱图等指标分析不同测试工况与转速下的噪声特性。研究结果表明：永磁同步电机噪声主要由电磁振动产生,加速过程的主要频谱成分是48阶、56阶和104阶等阶次成分以及以开关频率及其倍频为中心的调制成分,减速过程无开关频率作用,其余阶次成分一致;电机在316 Hz、440 Hz和910 Hz等频率处存在局部模态,在电机阶次激励作用下易引发共振。振动噪声测试及特性分析可为永磁同步电机的应用提供指导。     

永磁同步电机端盖模态分析及结构拓扑优化

为解决新能源车用永磁同步电机端盖振动引起电机噪声的问题,将电机端盖建立等效数字化物理三维模型,利用有限元分析软件对端盖模型进行振动模态分析。通过模态分析得到端盖的计算模态及模态振型并采用轻量化设计方法对电机端盖进行结构拓扑优化;通过对比端盖优化前后的计算模态及模态振型,证明优化后的端盖在保证端盖刚度的前提下,可以有效提高电机端盖的模态频率并减小端盖振幅,远离与电机发生共振的频率范围,对车用永磁同步电机的结构设计有重要的指导意义。     

电动汽车牵引用永磁同步电机的多物理场分析

基于ANSYS Workbench对一台20 k W电动汽车牵引用永磁同步电机的进行多物理分析。通过有限元仿真分析电磁振动的主体结构——定子铁心与绕组的径向振动模态,结合电磁力波的分析,评估电机的电磁振动/噪声特性;仿真电机高速运行时转子结构的离心应力和形变,定位电机转子结构动力学特性的薄弱环节,分析转子外缘形变对电机电磁场的影响,校核技术指标要求的最高转速的动力学特性,从离心应力角度预测样机的最高极限转速。     

带弹性支撑和挤压油膜阻尼器的高速电机支撑系统实验研究

以100 kW级工作转速为45 000 r/min的高速永磁同步电机为实验样机,对采用鼠笼式弹性支撑和挤油膜阻尼器的滚动轴承支撑系统进行研究。分析了弹性支撑和挤压油膜阻尼器的刚度和阻尼特性,在此基础上分别计算出刚性支撑和弹性阻尼支撑时轴承–转子系统的临界转速和瞬态动力特性。最后在样机上进行对比实验,并对电机机壳振动加速度和弹性支撑笼条微应变信号进行分析。结果表明,弹性阻尼支撑可以使转子以较低的转速通过其刚体模态,同时对转子的振动起到良好的抑制作用。实验样机稳定运行在设计工作转速,其分析和实验结果为高速电机轴系设计和动力学分析提供了参考。     

舰用泵高功率密度永磁同步电机设计与分析

根据舰艇水泵对其配套电机要求的特殊性,设计了具有自起动能力的舰艇水泵高功率密度永磁同步电动机。采用"场-路-运动"耦合时步有限元方法,对所设计电机的起动电流、起动时间、稳态转矩脉动进行了计算,分析了负载类型、转子系统转动惯量、V型永磁体槽间距、键槽方案对高功率密度自起动永磁同步电机起动性能和稳态转矩脉动的影响。结果表明,自起动永磁同步电机带水泵型负载时比带恒转矩负载时起动性能更优,起动性能随转子系统转动惯量增大而变差,减小空载气隙磁密5、7次谐波有利于降低自起动永磁同步电机稳态转矩脉动。     

盘式对转双转子永磁同步电机的设计和特性分析

针对一种对转螺旋桨驱动用盘式对转双转子永磁同步电机进行了分析,提出了该电机的基本设计方法,得到了电机主要尺寸参数的设计方程;利用有限元软件对该电机进行了三维建模和动态仿真分析,得到了其磁路特性和主要性能参数,并重点分析了两个永磁转子存在位置差时电机总反电动势波形的特点,利用有限元结果对永磁转子所受的轴向磁拉力进行了计算和分析;最后对所设计的2.2 k W电机样机进行了试验验证。     

车用永磁同步电机径向电磁振动特性

随着转速升高和负载加重,车用高功率密度永磁同步电机的电磁振动和噪声问题逐渐突出,同时电动汽车对机械振动和噪声强度的限制却更加严格.针对这一问题,建立永磁同步电机沿空问分布的径向力波解析式,从电磁力波角度研究分析永磁同步电机电磁振动成因,并分析其分布规律以及电磁振动相关的影响因素.同时,进行两种实验样机的机械有限元分析,获取模态振型和频率特征的详细分析数据.最后,对实验样机高速下的振动和噪声特性进行实验测量和数值分析,验证了径向电磁力波解析式以及模态分析结论与实验测试数据频谱特征的一致性.     

对转螺旋桨用盘式永磁电机特性分析及其直接转矩控制

传统对转螺旋桨多采用燃气轮机和机械传动的驱动装置,该装置存在着结构复杂、体积庞大、噪声污染等问题,文中设计一种基于电力推进对转螺旋桨用的盘式永磁同步电机(disccontra-rotatingpermanentmagnetsynchronous motor,DC-PMSM)。在分析新型盘式对转永磁电机结构与工作原理的基础上,研究该电机的磁路特性,并通过三维有限元计算分析DC-PMSM的双转子反电势的叠加特性、双转子转矩特性等;然后,针对盘式对转永磁电机单定子双转子的特殊结构,提出一种基于转矩角分时控制的直接转矩控制策略,解决负载转矩不对称时盘式对转电机双转子转速不可控的问题,实现双转子的同步运行;最后,通过三维有限元仿真计算与原理样机实验分析,验证新型盘式对转永磁电机的设计方法的正确性和所提控制策略的有效性。     

永磁同步电机无位置传感器运行场路耦合分析

为精确设计基于凸极跟踪的无位置传感器控制系统,在分析高频电压信号激励下永磁同步电机数学模型的基础上,提出一种基于场路耦合法的永磁同步电机无位置传感器控制系统分析与设计新方法。该方法建立在永磁同步电机三维电磁场分析模型和基于转子磁场定向的无位置传感器控制系统模型上,通过场路耦合法进行协同仿真研究,仿真结果可精确反映无位置传感器运行性能和高频电压信号激励下永磁同步电机与控制系统的相互耦合特性。在此基础上建立了与仿真系统完全对应的实验系统,实验结果与仿真结果一致,表明该分析设计方法的正确性和可实现性。     

永磁同步电机混沌运动的逆系统控制

针对永磁同步电机运行中的混沌动态行为,提出一类永磁同步电机混沌运动的逆系统控制方法.通过多时间尺度变换,将转子磁场定向坐标系下的永磁同步电机模型变换成一种简单的无量纲模型.利用相图和分岔图,分析永磁同步电机的混沌动态特性.在证明永磁同步电机混沌系统可逆的基础上,通过状态反馈构造出永磁同步电机混沌系统的逆系统,将逆系统与原系统串联,组成伪线性复合系统,该复合系统等效于一个二阶线性积分环节.采用线性综合方法设计闭环控制器对永磁同步电机混沌系统进行控制.仿真结果表明该方法可实现永磁同步电机混沌系统对参考转速的渐近跟踪,控制系统的动、静态响应性能优良.     

基于有限元法的电动汽车永磁同步电机模态分析

车用永磁同步电机(PMSM)追求轻量化的设计带来了更为严重的电机振动噪声危害。准确分析计算PMSM的模态是对其进行振动噪声特性研究的基础。采用有限元法对电动汽车PMSM进行模态仿真计算。通过对电机模型进行适当的简化与等效,计算出电机自由状态下前6阶的固有频率及其对应的振型;并将样机进行锤击法的模态试验,验证了电机有限元模态仿真模型的准确性。