[發明專利]一種電機疊片鐵芯振動特性試驗系統與振動特性獲得方法

有效

• 申請號: 201310477109.X
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103501088A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 田磊;張國兵;彭思思;陳云華;丁天慧
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一二研究所
• 主分類號: H02K15/02
• 分類號: H02K15/02;G06F17/50
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 宋國榮

技術領域

本發明涉及一種電機疊片鐵芯振動特性試驗系統與振動特性獲得方法，屬于電機結構設計領域，適用于電機結構設計中疊片鐵芯振動特性的獲得并可以指導電機疊片鐵芯振動特性試驗。

背景技術

大型電機定子鐵芯一般由薄的硅鋼片沖制后疊壓而成，其材料特性為正交各向異性，主方向上的彈性模量不相等，各種繞組繞制或嵌入在疊片鐵芯上，而繞組又是由韌性較大的銅材料組成。由于疊片鐵芯結構的不連續以及銅線繞組的非線性，使得對大型電機定子鐵芯振動特性的研究，不論是試驗研究還是仿真研究都存在困難，尤其是仿真計算時疊片鐵芯和銅線繞組材料參數的確定以及鐵芯疊片結構的等效建模方式。鑒于電機定子鐵芯結構和材料的復雜性，目前傳統的電機定子鐵芯振動特性研究中，試驗研究往往布點較疏，沒有考慮疊片引起的軸向節點的影響，仿真計算建模時往往忽略了疊片和繞組的各項異性與非線性特性，以及浸漆帶來的影響，以均勻圓筒結構代替，材料特性為同性材料，并取經驗值，這樣計算得到的振動特性與實際電機疊片鐵芯的振動特性相差較大，計算模型的準確性有待提高。并且目前還沒有將試驗研究和仿真研究結合起來獲得電機疊片鐵芯振動特性的方法。

發明內容

本發明的目的在于，克服上述傳統方法的不足，提供一種充分考慮電機定子鐵芯疊片結構的試驗方法及系統，對鐵芯周向及軸向布點要求加以說明，便于指導后續定子鐵芯的振動特性試驗。同時在此試驗結果的基礎上，提供一種利用優化的方法進行電機疊片鐵芯振動特性獲得的方法，充分考慮電機定子鐵芯的疊片結構、繞組材料以及浸漆帶來的非線性，從鐵芯本身和繞組的材料參數出發，通過優化的方法得出其材料參數的推薦取值，大大提高了計算模型的準確性。

本發明的技術方案是：

一種電機疊片鐵芯振動特性試驗系統，將加速度傳感器布置在定子鐵芯外表面，布點較常規結構密集，周向測點一般沿圓周24～36個，軸向測點一般間隔30mm～40mm布置，用力錘作激勵，力錘信號與加速度信號同時與數據采集前端連接，數據采集前端與模態分析軟件連接。。

一種電機疊片鐵芯振動特性獲得方法，其特征在于，采用正交試驗的原理，分別進行了扇形和圓形兩種結構型式下定子鐵芯不同疊壓系數、有無繞組及浸漆前后的模態測試，并以模態測試后的試驗結果為依據，利用優化的方法來獲得電機定子鐵芯的振動特性，包括以下步驟：

步驟1，以圓筒結構代替疊片結構建立定子鐵芯的幾何模型，并劃分有限元網格，電機鐵芯的層狀效應、繞組及浸漆對鐵芯振動特性的影響均通過材料參數（楊氏模量、剪切模量以及泊松比）反映；

步驟2，定義電機疊片鐵芯的材料模型為橫觀同性材料模型，確定其獨立的材料參數為Ex、Ez、Gxy、Gxz和Pxz?五個參數；?E為彈性模量，G為剪切模量，P為泊松比，下標代表不同方向；

步驟3，通過敏感度分析確定電機鐵芯在不同疊壓系數、有無繞組及浸漆前后等狀態下的優化參數；不同疊壓系數下優化得到的材料參數的推薦值是不一樣的，繪制得到材料參數隨疊壓系數變化的曲線，后續進行仿真計算時，查圖得到材料參數的推薦取值，帶入有限元模型進行計算；

步驟4，將有限元仿真軟件與優化軟件的輸入輸出參數建立關聯，輸入為材料參數，輸出為模態頻率，建立優化流程；

步驟5，以模態試驗結果為依據，選用絕對值求和法或最小二乘法來構建目標函數，當優化參數僅與一階振型相關度較高時，則針對此階頻率建立單目標函數，當優化參數與多階振型相關度較高時，則建立多目標函數；

步驟6，選擇合適的優化算法迭代計算得到材料參數推薦值，建立單目標函數時選用自適應響應面算法，建立多目標函數時選用帕累托邊界算法。

本方法分別進行了扇形和圓形兩種結構型式下定子鐵芯不同疊壓系數、有無繞組及浸漆前后的模態測試。整個懸掛系統的固有頻率應小于定子鐵芯一階固有頻率的1/5，并且電機鐵芯測量點布置一般要較常規結構密集，周向測點一般沿圓周24～36個，軸向測點一般間隔30mm～40mm布置。