燃料电池车用超高速空压机永磁体结构强度研究

针对大功率燃料电池系统高速空压机转子永磁体离心拉应力破坏,采用解析法计算了额定转速时护套与永磁体间过盈量的大小及应力,采用有限元方法建立二维轴对称模型,计算了永磁体和护套内的应力分布,对比解析法与有限元方法的准确性.基于有限元法研究了温升和护套材料对永磁体应力的影响,结果表明,解析法和有限元法计算的各应力的相对误差不超过2.5％,而影响因素中转速和温升均会造成永磁体应力的显著提升,需要增大过盈量对转子永磁体保护.碳纤维护套相比合金护套可以至少降低42.1％的永磁体应力,且在高温工况下的效果更为显著.降低转速、增大装配过盈量以及改善转子冷却均能有效优化结构强度,而复合材料护套相比钢护套更适用于保护永磁体.     

高速电机转子临界转速计算与振动模态分析

采用3D有限元方法,计算磁力轴承转子系统临界转速并分析振动模态,利用磁悬浮转子系统自身悬浮特性进行激振实验,确定有限元模型中磁力轴承支承刚度,有限元法计算的临界转速与转子系统实际运行临界转速相一致.研究表明,磁力轴承刚度对转子临界转速影响很大,可以通过改变磁力轴承刚度和转子材料来调整临界转速;为了避免转子超越弯曲模态的临界转速,转子轴伸长度应控制在安全范围内.     

车用燃料电池空压机高速高温转子结构强度分析

针对燃料电池空压机转子设计中存在结构强度和温升破坏风险，通过有限元建模仿真方法，剖析了护套与永磁体间过盈量、护套厚度以及转轴空心孔内径等关键参数对转子受力的影响。结果表明，增加过盈量和护套厚度有利于提升转子强度；同时增大护套厚度并减小空心孔半径有利于转子最高许用工作温度提升；护套和永磁体的应力极值主要受最高温度的影响。     

高速透平膨胀机临界转速的计算与分析

为了保障高速透平膨胀机的稳定性,针对高速透平膨胀机转子临界转速的确定问题,分别讨论了Prohl递推法、Riccati传递矩阵法和有限元QZ(FEQZ)法在各向异性的弹性支承轴承转子系统阻尼临界转速计算中的优缺点.考虑到透平膨胀机实际的结构和应用情况,建议气体轴承支承高速透平膨胀机转子临界转速的计算方法采用FEQZ法,同时运用Matlab语言分模块设计了计算程序,大大简化了编程过程,提高了计算精度.在此基础上,通过在实际工况参数范围内的实例,分析了某透平膨胀机转子支承刚度和阻尼对转子系统阻尼临界转速的影响,并与工程实验数据进行了对照,从而验证了模型与分析计算的可靠性.     

计及转子护套与永磁体机械强度的高速永磁同步电机多物理场研究

针对高速永磁同步电机的永磁体与护套在高速工况下受到较大的离心力,可能会发生永磁体断裂,护套形变过大等导致电机故障的问题.以200kW、15 000r/min高速永磁同步电动机为例,针对表贴式,轴径向分块式永磁体与奥氏体不锈钢护套配合设计的结构,建立了高速永磁同步电机的机械应力场的数学模型,研究了额定转速15 000r/min时高速永磁同步电动机的护套和永磁体应力的分布规律,并确定了护套和永磁体应力的安全阀值.在此基础上,建立了瞬态电磁场对电机的损耗进行了理论计算,将理论值代入到三维稳态温度场中,确定了不同护套厚度对电机内的定转子温度分布的影响,并进行了实验验证,结果表明:高速永磁同步电机设计中,奥氏体不锈钢护套厚度的选择需要综合考虑其电磁损耗、温升变化与应力安全的影响.     

辊涂试验装备的转子临界转速计算与分析

为确保辊涂装备在高速涂敷过程中保持稳定运行,研究辊涂试验装备中转子运行过程中的振动问题.采用解析法和有限元分析法计算转子的临界转速,并对极限工作转速下转子的固有频率和振型进行求解.由于辊涂转子由多种材料组成,在现有方法的基础上提出一种面向主体为钢、表层为橡胶的辊涂转子临界转速计算方法,对辊涂转子的临界转速进行求解与分析...     

弹性环式支承结构动刚度分析及其对转子系统的影响

针对用于航空发动机转子系统中的弹性环式支承结构刚度特性问题,开展其动刚度分析和实验测试以及其对转子系统固有特性影响分析研究.首先,建立弹性环式支承结构有限元模型,对其动刚度进行计算,并进行动刚度测试与验证,经实验所得测试结果与仿真计算的结果趋势一致,证明了对弹性环式支承结构的动刚度分析方法的有效性.然后,建立了带弹性环式支承结构的转子系统有限元模型,研究了转子系统在静刚度和动刚度条件下对临界转速的影响.结果表明,弹性环式支承结构动刚度对临界转速的影响较为明显,其中一阶临界转速降低了26%,且产生了新的共振频率,因此分析转子系统固有特性时应充分考虑支承结构的动刚度影响.     

磁悬浮冷压缩机转子的动力学分析和试验研究

磁悬浮冷压缩机是大型超流氦制冷系统的关键部件.针对某磁悬浮冷压缩机转子系统,通过构建基于铁木辛柯梁理论的转子有限元模型,以及将电控硬件的作用定义为等效刚度和等效阻尼,组建了闭环系统中磁悬浮转子的完整模型,并完成了临界转速和不平衡响应的仿真计算.仿真和实验测得冷压缩机转子在相同PID控制器作用下的刚体临界转速分别为27 Hz和28 Hz,前两阶弯曲临界转速的百分比误差均不超过2％.控制器的关键参数在一定范围内变化时,通过不平衡响应仿真计算和50000 rpm范围内的升速实验这两种方法得到的转子动力学特性较为相符.这验证了所提出的建模和动力学计算方法的可靠性和准确性,研究成果对冷压缩机转子的结构设计以及控制器调试具有重要参考意义.     

三转子涡扇发动机低压转子临界转速估算

本文针对三转子涡扇发动机低压转子进行临界转速计算分析。三转子涡扇发动机低压转子跨距大,支点数目多,工作区间包含临界转速。在利用传递矩阵法进行临界转速估算过程中,分别计算了不同模型,不同支承刚度下转子临界转速。通过对比计算结果差异,得出了转子系统结构模型简化方式及支承刚性对转子临界转速的影响关系。     

转子临界转速实验与计算的对比分析

在建立转子实验台的基础上,用实验方法测量转子的一阶临界转速,并与理论计算所得值进行对比分析.利用LabVIEW软件对实验台编制数据采集分析软件,可以直接显示随着转速的变化转子振幅和相位的相应变化,当转子振幅和相位发生突变时,所对应转速便是转子临界转速.根据Prohl法(初参数法)计算转子临界转速,利用VB编写程序进行计算.结果显示,实验数据和理论值基本一致,说明采用此实验台可以准确测量转子临界转速,编制的Prohl法VB程序适用于计算临界转速.     

电流时间谐波对转子带护套伺服永磁同步电动机温度场的影响

针对转子带护套伺服永磁同步电机运行过程中永磁体温升较高的问题,本文以一台2 000r/min、12.5kW的伺服永磁同步电动机为研究对象,对变频驱动时永磁电机的温升问题进行了研究.测试了样机额定负载下变频器供电时的相电流,通过傅里叶分解计算出电流各次谐波值.建立了永磁电机二维瞬态电磁场方程,计算出不同电流谐波在护套内产生的涡流损耗.并建立了三维温度场模型,对电机各部分的温度分布进行求解.经计算分析可知绕组内谐波次数位于控制电路载波比附近的电流时间谐波,将导致电机永磁体温升明显变大.将计算所得的电机温度分布与实测结果进行对比,验证了计算结果的正确性.     

凸装转子钕铁硼永磁同步电机主极漏磁有限元分析

提出了永磁磁极凸装在转子上的新结构永磁同步电机,用ＶｉｕａｌＣ语言编制面向对象的有限元分析程序,分析了电机的空载磁场并计算了主极漏磁系数,为实现永磁同步电机设计过程自动化奠定了基础。     

集中绕组外转子永磁同步发电机非线性变网络磁路分析

为集中绕组外转子永磁同步发电机建立了非线性变网络磁路分析模型,给出了等效磁路结构,推导了各部分磁导计算公式,用节点磁位法建立非线性磁路方程,并用Gauss-Seidel迭代法进行求解,由此得到了发电机的磁链波形和电势波形,计算结果与有限元分析结果和样机实验结果吻合,计算速度则远远快于有限元法,表明所建立的等效磁路模型是计算该永磁发电机特性的快速有效的方法,从而为该电机的设计优化分析奠定了基础.     

基于电感矩阵的无轴承电机径向悬浮力模型

介绍了无轴承电机工作原理,以附加二极悬浮力绕组的四极无轴承电机为研究对象,建立适用于圆柱型和凸极型转子的无轴承电机的通用电感矩阵模型,进而推导出径向悬浮力通用数学模型.基于该数学模型,以无轴承同步磁阻电机和无轴承永磁同步电机为例,得出径向悬浮力公式和径向悬浮力计算值,并分别与用ANSYS有限元分析软件计算的径向悬浮力数值进行对比.模型计算结果与ANSYS分析结果基本吻合,该径向悬浮力数学模型的正确性得到验证.     

基于三维运动涡流场分析的永磁涡流联轴器特性

基于三维运动涡流场的有限元模型,分析了永磁涡流联轴器的电磁场分布,进而计算出主从转轴传递的功率和转矩.并研究了永磁体和铜盘的尺寸对装置特性的影响,得到永磁涡流联轴器的初步优化设计方案.永磁体占空比a确定在0.7左右;永磁体厚度hm选在其与输出功率P的关系曲线的拐点处较为合适;确定永磁极对数时,应根据不同的永磁体占空比确保扇形永磁体平均半径处的弧长l与径向宽度wm之比在相应范围内;铜盘厚度hcu在6~9mm范围内选取;铜盘内外径应根据铜盘径向宽度wcu与wm比值在1.2~1.6之间确定.最后通过样机实验验证了计算方法的正确性.     

四足机器人电驱关节用轴向磁通永磁电机设计

针对现有四足机器人电驱关节用径向磁通永磁电机存在轴向尺寸长、转矩密度低的缺陷,基于电驱关节对电机的性能指标要求,提出了一种采用双定子单转子结构的轴向磁通永磁同步电机电磁设计方案。采用Maxwell软件建立了电机的三维有限元模型,进行了电磁仿真分析。仿真结果表明：轴向磁通永磁电机额定功率为260 W,额定输出转矩为2.53 N·m,电机效率为85.36%;峰值功率为630 W,峰值转矩为7.52 N·m,仿真结果满足电机性能指标要求。对轴向磁通永磁电机与径向磁通永磁电机在相同工况下的转矩进行分析,轴向磁通永磁电机输出转矩高于径向磁通永磁电机。该轴向磁通永磁电机电磁方案为四足机器人电驱关节用电机的高转矩密度、高功率密度设计提供了新的思路。     

双转子多盘转子系统的动态特性

采用有限元法建立了双转子-轴承系统的动力学模型,计算分析了轴承支承刚度和内外转子的转速比对系统临界转速的影响,并对计算结果的正确性进行了验证.研究发现:各支承位置支承刚度的增大将使系统临界转速逐渐增大,当增大到一定程度时对临界转速的影响并不大,各支承刚度对各阶临界转速的影响程度并不一致;另外,中介轴承对系统临界转速的影响并不大;以内转子为主激励的同步反进动时,系统临界转速随着转速比的升高而降低,正进动临界转速随着转速比的升高而增大;而以外转子为主激励的同步反进动时的临界转速表现出相反的规律.