基于有限元法的高速永磁转子强度分析

针对高速永磁电机转子圆周线速度大,旋转产生的离心应力会损坏永磁转子的问题.对高速永磁转子强度进行研究,分析表面贴式永磁转子高速稳定运行的机械务件,建立了护套过盈量与最高转速的关系模型,在护套材料各向异性和各项同性的条件下,采用接触有限元法计算和比较两种表面贴式永磁转子的转子强度;针对深埋式永磁转子,采用等效环法对应力进行解析计算,建立了铁心桥厚度与最高转速的数学关系,并基于有限元法分析深埋式永磁转子的应力分布.仿真结果表明,根据所提方法设计的高速永磁转子在最高转速运行时具有足够的机械强度.     

MW级高速永磁电机转子强度敏感性分析

针对MW级高速永磁电机表贴式转子结构强度问题,以一台1.12MW、18000r/min高速永磁电机为例,建立三维转子结构有限元模型,计算极限工况下永磁体及护套的应力;以护套材料、隔磁件材料、护套厚度、护套与永磁体之间过盈量等为输入变量,转子应力计算结果作为输出变量,建立正交试验数据,采用方差分析法对转子结构强度进行敏感性分析,得出转子强度敏感性因素及影响规律.同时,对比输入变量不同水平对应力结果的影响,总结出转子结构参数及材料的选取原则.     

无刷电机转子预应力控制研究

本文针对高速永磁电机工况下,转子高速旋转产生的离心拉应力会损坏永磁转子的问题,基于不同的转子护套材料,对高速永磁电机转子的动态过盈量及强度进行研究。论文对两种不同合金保护套的永磁转子静态过盈量及压力进行了理论分析,根据计算的过盈量,采用接触有限元法分析比较两种护套和永磁体的应力及表面变形量。结果表明:实际测量值与理论分析值、ANSYS的仿真结果接近,能够为电机的转子护套选材提供参考。     

表贴式永磁电机碳纤维护套转子强度及过盈量分析

针对表贴式永磁电机转子在高速高温状态下转子强度计算问题,提出了考虑磁钢分块结构的转子模型。基于厚壁圆筒理论推导了转子强度计算的解析解,分别计算出碳纤维护套及磁钢的切向应力和径向应力;基于有限元法分析了多种工况下的转子强度,在高速及高温工况下转子所受应力均会增加;对比解析分析结果表明,有限元法及解析法均能准确计算碳纤维护套应力,而磁钢却受到边缘效应的影响,磁钢边缘应力增大,解析分析难以进行精准计算;基于有限元法分析护套与磁钢过盈量,优化了转子结构,提出了过盈量的最优范围。     

高速永磁电机转子强度分析与护套设计

提出一种基于二维应力解析模型的高速永磁电机转子护套最小厚度设计方法。建立转子二维应力场计算的解析模型,能够考虑各向异性材料在预应力、离心力、热应力共同作用下的应力结果。由于无法实测高速转子内部的应力,通过有限元分析对应力解析模型进行验证。分析确定了采用3种常用护套材料转子的应力极限工况,提出适用于单极限工况和多极限工况转子护套最小厚度及其对应过盈量的计算方法,并指出所适用的护套类型。针对某些永磁体热态抗拉强度不足的情况,该文通过替换边界条件对永磁体应力进行约束,得到了安全的护套方案。该方法计算速度快、准确性高、灵活性强,可应用于高速永磁电机的多场综合设计。     

基于ANSYS的高速表贴式永磁电机转子强度分析

对于表贴式转子结构的高速永磁同步电机,其转子在高速运行时会承受相当大的拉应力,为保证高速电机安全稳定运行,通常会在永磁体外加一层护套,并采用过盈配合对表贴式永磁体施加预压力,该护套采用不导磁合金材料,在有效保护永磁体的同时不影响电机的磁路。首先在理论层面对表贴式高速永磁电机转子进行强度分析,然后通过ANSYS Workbench对一台24kW、20000r/min的表贴式高速永磁电机转子进行有限元仿真,对比了不同静态过盈量、合金护套厚度、材料温度特性等因素对转子强度的影响,同时校核了该模型护套及永磁体的强度,并对高速永磁电机转子机械设计规律进行了总结。     

高速微型永磁电机转子护套过盈配合的计算与分析

通过理论计算出高速微型永磁电动机转子护套与永磁体间过盈量,确定了它们之间的配合公差,并根据计算得到的过盈量,运用ANSYS有限元分析软件对该电动机转子护套过盈进行分析研究,得到了转子护套和永磁体的应力分布云图,等效应力均小于材料的许用应力,说明该电机转子护套在高转速下能够很好地保护永磁体,同时针对不同过盈量对电动机转子护套和永磁体应力影响进行了分析,提出了过盈量最佳选取范围,为高速微型永磁电动机转子结构设计及护套与永磁体间过盈量的选取提供依据,并对同类电机转子的设计和优化有一定的参考意义。     

扁平大功率高速永磁同步电机的护套设计及其强度优化

针对扁平结构、分块式永磁体的高速永磁同步电机的碳纤维护套设计问题,给出了通用的护套参数化设计模型,能够实现护套的快速设计,并分析了护套与永磁体间的过盈量、永磁体的径向压应力、转子外径对护套设计的影响。采用三维有限元方法对转子强度的解析模型进行了验证,并结合转子温度场分析结果,针对不同温度条件下,磁极间隔导致护套弯曲应力的产生,从而威胁护套安全的问题进行了研究。对比研究了不同磁极间隔材料对护套强度的影响,得到钛合金做磁极间隔时能够有效降低护套的弯曲应力,提高护套强度。最后制作了样机,并进行了实验。     

高速表贴式永磁电机转子强度分析

永磁转子高速运行时,永磁体难以承受离心力引起的拉应力,因此通常在高速永磁转子外装配合金护套保护永磁体,避免永磁体的损坏。为了保证永磁转子在高转速工况下安全运行,必须对护套与永磁体进行强度计算与校核。针对高速转子细长型结构的特点,基于厚壁圆筒理论,推导了高速永磁转子的应变场、位移场和应力场的解析计算公式,并采用有限元法验证了解析计算的正确性。基于推导的解析公式,分析了静态过盈量、护套厚度、转轴材料特性对高速永磁转子强度的影响,总结了高速永磁转子的机械设计规律。以一台额定功率为15k W、额定转速为30000r/min的高速永磁电机为例,给出了高速永磁转子的强度设计方法,为高速永磁转子的机械设计提供了依据。     

不同保护型式下的高速表贴式永磁转子应力与温升分析

针对高速表贴式永磁转子的不同保护型式,建立了三层配合下的表贴式永磁转子应力解析计算模型,基于该解析计算模型对钛合金护套和碳纤维护套保护下的永磁转子进行设计,并通过有限元法对解析计算模型的正确性进行验证。研究了不同护套材料、过盈量、极间填充材料、温度等因素对护套等效应力的影响规律。建立了高速表贴式永磁转子涡流损耗与温升的计算模型,研究了不同护套保护措施、不同填充材料下,永磁转子涡流损耗分布与永磁体温升特性。在此基础上,完成了一台高速表贴式永磁电机的设计与制造,并进行了实验,结果证明了该文计算分析的正确性。     

内置式永磁电机碳纤维护套转子强度及过盈量分析

为解决内置式高速永磁电机在高速运行时的强度问题,对内置式永磁电机转子冲片结构和外部碳纤维绑扎带进行了综合设计研究。采用有限元方法,对冲片和碳纤维护套进行了整体刚度协调变形分析,重点考虑了碳纤维绑扎预紧力对初始绑扎状态和高速运行状态的不同影响。分析了初始过盈量及绑扎层厚度与静态及动态应力分布的关系,得出了动、静态下内置式永磁电机转子碳纤维护套强度与冲片强度的规律。     

多层护套结构高速永磁电机转子机械强度与损耗分析

针对表贴式高速永磁电机转子护套与永磁体之间过盈配合单一、护套内外表面上作用力跨度较大的问题,提出一种多层护套转子结构,能有效减小护套的总厚度。在满足转子机械性能的前提下,多层护套转子结构通过在每层护套之间施加适当过盈量的方法使护套整体的受力分布更加均匀,提升了护套的使用效率,因此总厚度相比单层护套更薄。为快速分析多层护套转子结构的受力情况,建立了该结构的二维应力场解析计算模型。基于解析模型提出了一种多层护套的设计方法,并用该方法对一台高速永磁电机的转子进行设计,且通过有限元分析验证了该设计方法的准确性。最后,将所设计的多层护套与原单层护套相对比,该结构的护套厚度减小了10%、转子涡流损耗减少了12.6%。     

制冷离心机用高速永磁电动机转子强度设计

针对离心机用高速永磁电动机转子强度分析问题,基于弹塑性力学理论,推导了高速转子强度设计的解析表达式,给出明确的应力评判准则;同时在过盈量计算过程中,考虑温度因素影响,研究一套有效的高速转子过盈量计算和护套最小厚度计算方法。以一台额定转速40 000 r/min的永磁同步电机为分析对象,采用解析法和有限元法分别计算了合金护套、永磁体的径向应力、切向应力和等效应力,两种方法的计算结果最大偏差在2%以内,满足工程应用要求。超速试验结果表明,根据该方法设计的高速永磁转子具有足够的机械强度。     

超高速微型永磁电机转子强度分析与结构设计

超高速微型永磁电机具有能量密度大、运行效率高、便携的优越性能。而永磁材料抗拉强度低,难以承受超高转速下转子巨大的离心力,该文针对超高速微型永磁电机的转子强度问题及结构设计方法进行深入研究。首先,结合微型转子结构特点,建立一种满足多边界类型的转子应力解析模型;其次,重点分析计及机械过盈、永磁体内径、材料特性及环境温升等多影响因素下,超高速微型永磁电机转子结构在不同工况下的应力分布特点及变化规律。此外,基于边界条件及转子结构变化对转子强度影响的规律性分析,设计一款550000r/min超高速转子结构,给出护套厚度、过盈量的选择区间,以及转子应力在不同转速和温度场下的特性评估。最后根据设计方案进行样机研制和实验,实现该转子额定转速稳定运行。     

高速表贴式永磁转子强度等效计算与分析

永磁体在高速运转的情况下需要通过外装护套,减少永磁体承担离心力引起的拉应力,防止永磁体损坏。针对表贴式高速永磁电机双层护套转子强度问题,根据弹性力学,推导出受温度影响的高速永磁转子强度解析公式,并且用有限元方法验证分析,结果表明两种方法结果一致,解析法能准确计算三种运行工况下非导磁金属护套、碳纤维护套、永磁体、转子铁心的应力和形变位移量。并且进一步分别研究了两种护套厚度、永磁体厚度 、铁心内径的变化对强度的影响,总结了表贴式高速永磁电机双层护套转子强度变化规律。     

碳纤维固定的高速分块SPMSM转子强度分析

针对碳纤维固定的高速分块表贴式永磁同步电机(SPMSM)的转子强度缺乏解析解的问题,基于平面应力模型,采用极坐标下的位移法和应力函数法,推导了考虑永磁体和极间填充块密度及热膨胀系数差异影响的转子强度解析解,并通过有限元法对解析解的准确性进行了验证。在转子强度解析解的基础上,进一步研究了转速、碳纤维护套厚度及碳纤维护套与永磁体间的过盈量等参数对转子强度的影响。结果表明:解析解和有限元法的计算结果相吻合,解析解能够计算考虑永磁体和填充块密度及热膨胀系数差异影响的碳纤维固定高速分块表贴式永磁同步电机的转子应力分布。     

永磁体与护套分段结构的高速电机转子强度及动力学研究

针对护套和永磁体轴向分段设计导致的强度和动力学方面的问题，以一台额定功率150 kW、额定转速30 000 r/min的高速永磁电机为研究对象，基于厚壁圆筒理论建立强度仿真模型，采用解析法和有限元法对护套轴向分段结构的转子应力分布规律和护套分段数对转子强度的影响规律进行研究，并以厚壁圆筒理论验证规律的合理性；建立转子系统动力学仿真模型，以有限元法研究永磁体和护套分段数对临界转速、不平衡响应的影响规律。结果表明，护套轴向分段提高了永磁体局部最大轴向应力和切向应力。永磁体轴向分段降低了转子各阶临界转速，尤其对采用刚度等级较高轴承的转子影响较大，同时升高了转子振幅。为高速永磁电机护套和永磁体轴向分段设计提供了强度和动力学方面的参考。     

超高速永磁同步电机转子护套设计分析及优化

超高速永磁同步电机(PMSM)转速较高,永磁体抗拉强度相对较小,需要在转子永磁体外设置护套并通过过盈配合使永磁体上产生径向压应力,抵消转子高速旋转时所产生的离心力,对永磁体进行保护。提出了一种超高速PMSM转子不导磁合金护套厚度及过盈量计算分析方法。以1台120 000 r/min超高速PMSM为例,运用有限元法进行温度场及转子静力学耦合仿真分析,对数值法进行验证,并通过优化设计,使电机转子在满足结构强度要求的情况下,合理计算护套的厚度及过盈量,有效降低转子护套的厚度,从而减小转子铁耗,为超高速电机转子设计提供参考。     

表贴式高速永磁电机多场耦合转子设计

针对高速永磁电机转子设计同时受机械强度和电磁性能限制,参数选取困难的问题,基于机械强度设计、电磁设计以及转子动力学设计理论,采用有限元法,提出一套完整的基于多物理场耦合的高速永磁电机转子优化设计方法。综合考虑材料各向异性、离心力以及温度影响,分析了典型护套转子的机械强度变化规律;结合电磁性能要求,确定了最小护套厚度和永磁体厚度,并对三种护套转子的动力学特性进行分析。仿真结果表明,对于大功率高速永磁电机,比较适合采用表贴式的转子结构,而且碳纤维护套转子较其他转子具有更好的机械和转子动力学特性;通过多场耦合的设计方法得到的转子结构能够同时兼顾机械、电磁以及转子动力学特性的要求。     

高速永磁电机转子过盈方式对转子应力的影响

该文对高速永磁电机（HSPMM）转子过盈方式对转子应力的影响进行研究。首先,在二维极坐标下建立了转子各部位统一几何模型的应力场数学模型,可求解不同边界条件下转轴、永磁体和护套的径向应力和周向应力。然后,基于建立的应力场数学模型得到不同过盈方式下转子应力的解析计算方法,分析了不同过盈方式对转子应力的影响。在此基础上,提出“虚拟过盈”概念及虚拟过盈下的应力计算表达式,分析了其准确度并解释了其物理意义。最后,通过有限元（FEM）分析方法对一台额定功率为50 kW、额定转速为40 000 r/min的高速永磁电机进行分析,说明了不同的过盈方式导致转子应力的差异,验证了理论分析的合理性。