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高速PMSM和IM转子的机械应力和变形。高速电机由于其高功率密度而在牵引驱动和航空领域越来越重要。评估转子中的机械应力是

作者:文人学识

高速 PMSM 和 IM 转子的机械应力和变形。

高速电机由于其高功率密度而在牵引驱动和航空领域越来越重要。评估转子中的机械应力是此类机器设计过程中的一个关键部分。

毕竟,机械应力无法直接测量,因此,计算出的机械应力的验证是困难的并且通常不执行。

可以使用带有距离传感器的旋转测试机来测量转子表面的变形,而不是机械应力。然后可以使用变形来验证计算结果。

首先,通过在其定义的测试速度之上运行两个转子样本来确定突发速度。然后,在不同的运行速度和定义的测试速度下测量转子表面的变形,对测量结果和仿真结果进行了比较和讨论。

其主要应对公式是:

σ =limΔA →0F*A

σ=E⋅ε  和  τ=G⋅γ

验算之前,研究人员用于构建转子叠片的材料是软磁钢M250-35A,永磁材料为Sm2Co17,绷带材料为STS40 24k,纤维含量为65%,轴则是由结构钢42CrMo4制成。

在将转子安装到机器之前,进行旋转测试作为安全测试。对于旋转测试的环境温度是T=20℃以及T=12℃。

首先,描述和分析机械部件在位置的变形,并且,在测量和仿真中可以看出铜条和转子槽的影响。

由于旋转,铜条被压到转子叠片的槽桥上并导致显着变形高达Δε = 5  φ=160∘φ =260∘φ=260∘φ =310∘,可以看出,度数越高,变形明显更小。

在这项工作中,检查了 PMSM 转子和高速电机的 IM 转子上的机械负载,使用两个 FEM 模拟模型检查机械应力和变形。

将结果与旋转测试的测量结果进行比较,在旋转测试期间,测量转子表面的变形。此外,研究人员还对被检查的转子进行了四次爆破测试。

使用von Mises应力分析转子中的机械应力,并与所用材料的屈服强度进行比较。在两种转子中,所用材料的最大允许应力均未超过 ñ <n最大限度。

在旋转测试期间,可以观察到两种转子类型的转子表面的塑性变形,变形的发生可能是由于第一次启动期间的初始运动以及弹性区域中的非线性材料行为。

对于不同的转速,转子表面的变形围绕圆周进行描绘,在测量中,可以观察到两种转子类型绕圆周变化的行为。PMSM 转子显示出四个极的不同变形。

测试速度下的最大变形从εBA,max el= 25到εBA max,el= 40εBA,max,el=40εRL再到max,el= 12εRL,max,el=12εBA,max,el= 20等。

与测量值相比,PMSM 的计算模型显示出一些偏差。对于速度范围10000/min<n<45000/min。

IM 转子的计算变形再现了旋转测试中的测量结果,在转子叠片和短路环处计算的变形与测量的最大变形相匹配。

压在转子叠片上的转子条的形状可以在仿真模型和测量中识别,而仿真模型能够描述 IM 转子中的机械应力和变形。

由此可以看出,爆破测试的结果是,IM 转子的两个转子样本达到的转速比最大运行速度高 70%。

两个 PMSM 转子可承受高达最大运行速度 25% 以上的离心力。由于旋转测试机的最大速度有限,无法达到爆发。

参考文献:

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【2】Paulides, J.、Encica, L.、Beernaert, TF (2015):超轻型高扭矩密度无刷永磁电机设计:考虑四轮驱动赛车的行驶周期。2015 年第十届生态汽车和可再生能源国际会议 (EVER)(第 1-7 页)。

【3】Zhitkova, S.、Felden, M.、Franck, D.、Hameyer, K. (2014):重型越野车轮内驱动电机的宽速度范围设计。在国际电机会议 (ICEM) 中,2014 年(第 1076–1082 页)。

【4】Wiesemann, J.、Sommer, C.、Mertens, A. (2019):使用可控电流源栅极驱动器的 1.2 kV sic mosfet 模块的开关特性。在 PCIM 欧洲 2019;电力电子、智能运动、可再生能源和能源管理国际展览和会议,(第 1466-1471 页)。柏林:VDE 出版社。

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