[發明專利]一種考慮轉子回旋振動的電機磁場獲取方法

有效

• 申請號: 201910119905.3
• 申請日: 2019-02-18
• 公開（公告）號: CN109840383B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 李玩幽;董烈祎;陳慶山;孫丹;王東華;率志君;郭宜斌;杜佳鑫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學;德州恒力哈工程減振研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的在于提供一種考慮轉子回旋振動的電機磁場獲取方法，建立包含推進電機轉子在內的推進電機的轉子動力學模型、推進電機磁場計算模型，使用后退歐拉法計算電機轉子在初始位置下的電機磁場分布，提取電機轉子表面的磁場密度，計算推進電機轉子表面受力情況，計算電機轉子轉動一轉時，每個時刻所對應的空間位置與轉速，使用一個電機轉子正在相同空間位置、相同轉速的電機偏心瞬態計算結果等效為此時刻的電機瞬態磁場計算結果；使用相同的方法計算電機轉子轉動一周的電機磁場變化情況，根據等效的電機瞬態磁場計算結果中的磁場分布，通過Maxwell應力張量法提取電機轉子受力情況。本發明為后續分析無軸推進電機振動特性提供了分析方法。

技術領域

本發明涉及的是一種電機磁場獲取方法。

背景技術

2017年，馬偉明院士公布了他團隊研制的潛艇無軸泵噴推進器，此種推進器又被稱為無軸推進電機。此種推進電機相較與傳統的螺旋槳推進方式噪聲水平更低、效率更高，而且由于它的特殊設計，也使得推進電機的布局更靈活、可靠性更高，推進器結構如圖1所示。隨這這種新型式推進器的出現，新的問題也隨之而來，由于電機轉子與螺旋槳的結合，導致傳統軸系中的傳動軸的消失，使得電機轉子振動現象相較于常規電機更為明顯。某型電機的電機轉子軸心軌跡如圖2所示，從圖中可見，電機轉子并非繞某固定點旋轉，也不是沿固定圓形軌跡，所以考慮電機轉子沿實際軸心軌跡轉動對電機磁場計算結果的影響是有意義的。

電機轉子的振動形式可按照振動方向分為回旋振動、軸向振動與扭轉振動。在常規電機中，一方面由于電機前后端蓋剛性較強，另一方面電機轉子軸徑相比于轉子長度較大，所以低級轉子的振動對電機磁場的影響微弱，故實際分析中常忽略電機轉子的徑向振動與軸向振動對電機磁場的影響。但隨著無軸推進電機的出現，這種電機在結構設計中取消了常規電機的端蓋與轉軸，所以電機轉子徑向振動劇烈，此種振動對電機磁場的影響不可忽略，但又缺少相關的計算方法去分析此類問題。

國內有部分學者，如鄧文哲(偏心條件下軸向磁通輪轂電機不平衡彎矩建模與分析[J].電工技術學報,2017,32(13):153-161)分析了靜態偏心和動態偏心對軸向磁通輪轂電機的影響，通過有限元和解析的方法分別計算了電機轉子的不平衡彎矩，并認為不平衡彎矩的產生有導致偏心進一步加劇的趨勢，還有學者左曙光(轉子偏心對永磁同步電機振動噪聲的影響分析[J].機電一體化,2017,23(6):38-45,51.)分析了不同偏心形式下的徑向電磁力對電機振動噪聲的影響，認為動態偏心下電磁振動和噪聲相較于靜態偏心更大，但是并未在電機磁場計算時考慮電機轉子的回旋振動對計算結果的影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種考慮轉子回旋振動的電機磁場獲取方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明一種考慮轉子回旋振動的電機磁場獲取方法，其特征是：

(1)建立包含推進電機轉子在內的推進電機的轉子動力學模型：依照有限元法將推進電機的轉子-支撐軸承系統簡化成對應的質量單元和剛度阻尼單元，推進電機轉子簡化為剛性質量結構，使用質量單元等效替代，將其劃分不同的區域，將每個單獨的區域使用質量單元等效替代，區域之間通過剛度阻尼單元連接；支撐軸承的軸承力通過下式進行計算：

f_x、f_y為軸承動態力，x、y為軸頸的動位移，k_xy、k_yx和c_xy、c_yx分別指的是交叉剛度系數和交叉阻尼系數，為剛度系數矩陣，為阻尼系數矩陣，為軸頸的動位移對應的速度項；

(2)建立推進電機磁場計算模型：根據推進電機結構形式，將推進電機分為軸向尺寸不變與軸向尺寸變化兩種，對于軸向尺寸變化的推進電機，依照推進電機的幾何尺寸建立三維電機模型，并劃分有限元網格，對于軸向尺寸不變的推進電機使用電機軸向的一個截面，建立二維電機模型，劃分有限元網格；