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。     

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。     

高速永磁电机转子系统临界转速仿真研究

采用有限元法建立永磁电机轴承-转子系统动力学模型,在考虑转子离心力和不平衡磁拉力的基础上同时考虑转子系统高速旋转时的陀螺效应,利用ANSYS软件对某高速永磁电机转子进行动力学仿真分析.采用数值计算方法与仿真结果对比,验证了高速永磁电机进行转子动力学分析时考虑陀螺效应的必要性.最后研究采用滚动轴承支撑时不同支撑刚度对永磁电机临界转速的影响,给出提高电机临界转速的工程措施.     

高速永磁电机转子过盈配合设计及仿真研究

永磁体不能承受电机高速运行时产生的拉应力,通常在永磁体外表面装配非导磁合金钢护套,通过过盈配合连接来保护永磁体。过盈量的选取非常重要。介绍了一种转子护套和永磁体过盈量的设计方法,通过设计实例,利用解析法计算转子护套和永磁体在静态装配、冷态运行和热态运行三种不同工况下的应力,对热套工艺参数和松脱转速进行了计算,并且进行了有限元仿真验证。对过盈配合的影响因素进行了研究,为高速永磁电机转子护套与永磁体过盈量的设计提供了依据。     

用状态方程描述永磁电机控制系统的仿真研究

采用状态方程的方法给出了矩形波永磁同步电机的数学模型和系统仿真软件框图，并对软件设计中几个关键技术问题的处理作了介绍。     

低速永磁直线电机优化设计及仿真

传统的直线电机在恒低速运行时,需要采用与控制设备相结合的方式或采用复杂的工艺结构,从而导致成本大幅增加。针对上述问题提出了低速永磁直线电机,并给出电机结构和基于磁路、技术指标下,结合直接搜索算法的电机最优设计。并通过建立电机三维有限元模型,显示出永磁体工作点和气隙磁场特性符合磁路设计要求,验证了电机结构的有效性,为该电机的优化设计提供了依据。     

基于Ansoft的永磁同步磁阻电机建模与仿真

采用Ansoft公司的maxwell 2D模型建立永磁同步磁阻电机模型,构建一个完整的仿真系统.通过对PMa_SynRM模型的有限元分析,得出反电势曲线,以及转子位置变化对应的转矩与磁场的分布情况,并得到最大转矩下弱磁控制角度,仿真结果为PMa_SynRM的优化设计及进一步研究提供了理论依据.     

基于多物理场的高速永磁电机转子护套研究

目前高速永磁电机转子最常用的保护措施是碳纤维捆扎永磁体、永磁体外加非导磁或半导磁合金保护套,保护套的增加会给电机的散热带来严重的困难。针对以上问题,基于一台75 kW,60 000 r/min的高速永磁电机,设计了3种方案,同时基于应力场、电磁场和温度场对3种方案的转子强度、转子涡流损耗和温度分布进行了综合的比较与分析,通过一台采用非导磁合金保护套的样机进行了温升实验。实验结果表明,采用半导磁合金保护套时,会大大减小永磁体的厚度,但会产生更大的转子涡流损耗;采用非导磁合金保护套时,所需的永磁体和保护套的厚度最大;采用碳纤维保护套时,所需的保护套厚度最小,转子涡流损耗和温升分布也远远小于其他两种保护措施。     

内置式永磁电机磁极优化及磁热耦合仿真

针对分数槽集中绕组永磁同步电机的损耗高、效率低等问题,提出通过对内置式永磁电机转子磁路结构进行优化的方式来提高电机效率,并利用有限元方法进行计算、建模仿真和验证。利用有限元分析方法,分别针对一字型、弓型、阶梯型、线性型等转子磁路结构电机进行空载、负载的电磁计算与分析,计算结果表明,在电机功率、尺寸、转速相同,永磁体用量和位置相同的情况下,磁极优化后电机的反电动势波形更好、损耗更低、效率更高。为了进一步验证电磁场分析结果的正确性,将电磁计算结果以热载荷的形式加载到电机有限元温度场仿真的模型中,通过有限元电磁场与温度场耦合仿真,进一步证明磁极优化后电机的效率显著提高,温升明显下降,电机磁极优化可以大大提高电机的效率。     

先进超超临界机组用Inconel740合金的组织稳定性研究

采用SEM、FEG-SEM、TEM和EDS等测试方法研究一种先进超超临界机组用新型高温合金Inconel 740在固溶处理、沉淀硬化处理和750℃时效3 000 h过程中的组织稳定性.结果表明,固溶处理状态下的Inconel 740组织晶粒度3～4级,一些颗粒尺寸大的一次(Nb、Ti)C和TiN弥散分布于γ基体上,γ'相形核于晶内;沉淀硬化处理主要在晶内共格析出γ'相,在晶界析出大量的M23C6和少量的G相;750℃长期时效条件下,γ'相发生Ostwald熟化,颗粒粗化,γ晶界逐渐被G相占据,并且时效300 h时在晶界附近开始析出针状的η相,随时效的持续,η相长大并趋向于呈现魏氏组织形态.Inconel740的组织稳定性有待于进一步改善.     

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。     

实心磁极同步电动机转子温度场计算

本文根据传热学原理建立了实心转子同步电动机转子稳态过程三维温度场的计算数学模型,给出了求解域内的基本假设及相应的边界条件,根据电磁分析确定了各部分的损耗分布.以某型同步电动机为例,采用三维有限元法计算了实心转子的温度场,计算结果与实测结果相接近.仿真结果对电机通风系统的设计、运行和监测提供了理论依据.     

Experimental Research on Turning of Superalloy GH4169 under High Pressure Cooling Condition

Abstract

Superalloy GH4169 possesses excellent high temperature strength, thermal stability, and thermal fatigue, and is widely used in aerospace and other fields. However, it is a typical difficult-to-cut material owing to its poor thermal conductivity, high plastic toughness, severe workpiece hardening, and difficult chip breaking. In this study, high pressure cooling was used for GH4169 cutting test. The effects of high pressure cooling on the cutting force, chip morphology, and tool wear were analyzed, which can provide technical support to achieve high efficiency turning of GH4169.     

高速机车牵引电机定子绕组匝间电压分布特性的仿真研究

基于JD116型变频牵引电机,建立定子槽模型,通过有限元分析定子槽的电磁场计算绕组分布参数值;利用MATLAB仿真软件建立变频调速牵引电机定子绕组高频等效电路模型,探讨了电机定子绕组匝间电压的分布特性.仿真结果表明,增大输入脉冲电压的上升沿时间、减小等效匝对地电容和绕组自感可以改善绕组匝间电压的分布.该结果为变频牵引电机绝缘材料的选取、绝缘结构的优化设计提供了理论依据.     

1000MW汽轮机高压转子温度在线仿真计算方法的研究

对1 000MW超超临界汽轮机,利用有限元法验证了热应力监控中以高压内缸内壁温度代替转子外表面温度的正确性;采用惯性环节法、差分法、有限元法分别计算了冷态启动、温态启动、热态启动和极热态启动过程的高压转子的体积平均温度和转子中心温度,并进行了温差计算的精度分析,验证了惯性环节法的精度和适用性,并为惯性环节法在其他大型汽轮机转子热应力监控中的应用给出技术路线。     

真空干泵用屏蔽电机温度场仿真分析与试验

针对真空干泵用屏蔽电机在额定运行过程中温升过高导致绝缘老化,影响机组运行安全的问题,对1台4.5 kW真空干泵用水冷式屏蔽电机的水冷结构进行了设计,并进行了温度场仿真分析和试验。利用机械软件建立了屏蔽电机三维模型,借助有限元分析软件建立屏蔽电机温度场计算的仿真模型,设置热源激励和边界条件,获得了电机内各部件的温度场分布规律,并分析了冷却水流量、水道宽度、水道数及冷却水温对电机温升的影响;搭建试验平台进行温升试验,获得了从冷态起动到温升稳定过程中各部位温度,绘制温度随时间变化特征曲线。温度场分析与试验结果表明该电机设计合理,为后续的真空泵用屏蔽电机温度场分析及冷却系统的选择提供了一定的参考依据。     

液体媒质超声波电机转子稳定性理论和实验研究

液体媒质超声波电机定、转子不直接接触,利用液体媒质驱动转子旋转,是超声波电机新的研究方向。在液体媒质超声波电机中,转子的稳定性是一个关键问题。该文利用有限元分析软件CAPA和ANSYS,分析了在受到电压激励时电机内液体媒质的声流速分布。通过仿真发现,液体媒质同时存在切向流动和径向流动,是一种紊流,速度的大小和方向与激励电压和液体参数密切相关。切向流动推动转子旋转,而径向流动作用在转子上,引起了转子不稳定。为了分析方便,假设转子轴不固定,径向流动对转子的作用可通过弹簧和质量块构成的单自由度系统模拟,这样转子的稳定性可利用转子的振动频率衡量。通过实验研究了电机激励电压、转子厚度、液体媒质的高度及类型与转子振动频率的关系,为提高转子稳定性、优化电机设计提供了参考依据。     

复合笼条转子感应电动机温度场计算及相关性分析

建立电机定子绕组等效热模型,通过对电机定转子之间气隙热传递关系的确定,给出了定转子之间的热交换问题的解决方法。以此为基础,建立复合笼条转子感应电动机(induction motor with compound cage rotor,IMCCR)电磁场和全域温度场二维有限元模型,通过电磁场与温度场的单向弱耦合,计算电机额定负载和不同负载时电机定转子全域稳态温度场,分析定子绕组温度及转子槽的温度,通过与实验结果的对比,验证了该电机温度场计算模型的合理性以及计算结果的正确性。研究转子槽中使用不同电阻率和磁导率材料时的电机温度场,分析不同材料特性对电机温度场分布的影响,对指导电机的优化设计具有重要意义。     

永磁无刷直流电动机时步有限元与Matlab协同仿真计算

分析了无刷直流电动机系统的运行规律,给出了场路耦合时步有限元法的原理;在考虑整个无刷直流电动机系统工作的情况下,以端电压为输入量,采用场路耦合时步有限元法对一台2.2 kW八极永磁无刷直流电动机的瞬态电磁场进行了计算和仿真分析,最后将得到的反电动势带入matlab模型中,并对仿真结果进行了比较;在此基础上,研究和仿真分析了电动机负载工作情况下,不同磁钢尺寸对电动机反电动势和转矩波动的影响,得出一些有益结论。     

基于有限元法的电缆接头温度场仿真

为了简化计算,在对电缆接头进行温度场仿真时,一般会利用其轴对称性来建立模型,但该模型与电缆实际敷设情况相比存在差异,导致仿真结果不准确。利用有限元软件Ansys分别仿真了轴对称模型下和实际敷设情况下电缆的温度场,通过对比分析,可以发现,用一定半径的环形土壤可以模拟实际土壤情况。将该半径应用到电缆接头的温度场仿真中,结果显示,用一定半径的环形土壤来模拟电缆实际敷设土壤情况,可以在轴对称模型下使电缆接头的温度场仿真结果更加准确。