CN105373675A - 一种srm定子模态有限元建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种SRM定子模态有限元建模方法，包括：依据样机尺寸，建立计及绕组、散热筋和底座的SRM定子三维有限元模型；根据所述SRM定子三维有限元模型计算得到Pinball半径；依据所述Pinball半径，在所述SRM定子三维有限元模型中将定子铁心和定子绕组绑定连接；对SRM定子三维有限元模型的数值进行模态计算，获得振动固有频率及相应的模态振型，实现SRM定子模态有限元建模。本发明考虑了绕组与铁心之间的连接，获得的SRM定子模态参数更精确，为降低振动和减小电机噪声奠定了基础。

Description

一种SRM定子模态有限元建模方法
技术领域
本发明涉及建模技术领域，尤其涉及一种SRM定子模态有限元建模方法。
背景技术
开关磁阻电动机(SRM)较传统电机有较大的振动与噪声，阻碍了它在一些场合的推广应用。SRM的通电相定子极受脉动的径向磁拉力作用，使壳体结构的定子产生压缩形变而振动，构成了其噪声的主要根源。电机定子振动特性的研究对于降低电机噪声有着非常重要的作用。
在对电机定子振动特性的研究中，模态分析是重要内容之一。在SRM本体及其控制系统设计过程中，如果能准确地把握SRM定子的模态参数，包括定子固有频率及其模态振型，将为SRM及其控制系统优化设计，以降低振动、噪声，提高力能指标奠定基础。
现有的模态分析方法包括计算模态分析和试验模态分析两种。对样机进行模态试验虽然可获得较准确的固有频率和振型，但在样机设计开发阶段，此方法增加了研发时间与成本。随着有限元数值计算技术的发展，模态计算不但成本低，实现方便，而且还可考察一些极限情况，为样机的优化设计指明出正确方向。
目前，结构模态计算技术已较为成熟，尤其是结构有限元计算技术在结构模态计算方面的精度已经很高。然而在SRM定子的有限元模态计算中仍然存在一定的问题，其原因在于，以往SRM定子的有限元模态建模常忽略定子绕组，这无法准确地反映其固有频率与相应的模态振型，导致计算误差较大。在实际电机中，绕组与铁心虽是紧密连接，但仍然存在间隙。当定子铁心振动幅度较小时，绕组并不会随之振动，只有当振动幅度达到一定程度时，绕组将与铁心一起振动，因此如何考虑绕组与铁心之间的连接是SRM定子有限元模态计算的难点，这一难点在单绕组、双绕组无轴承开关磁阻电机定子模态数值分析建模研究中同样存在。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种SRM定子模态有限元建模方法，考虑了绕组与铁心之间的连接，获得的SRM定子模态参数更精确，为降低振动和减小电机噪声奠定了基础。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种SRM定子模态有限元建模方法，包括：
依据样机尺寸，建立计及绕组、散热筋和底座的SRM定子三维有限元模型；
根据所述SRM定子三维有限元模型计算得到Pinball半径；
依据所述Pinball半径，在所述SRM定子三维有限元模型中将定子铁心和定子绕组绑定连接；其中，若定子绕组与定子铁心之间间隙小于Pinball半径，则定子绕组与定子铁心是相互绑定状态，反之，定子绕组与定子铁心均处于自由无约束状态；
对SRM定子三维有限元模型的数值进行模态计算，获得振动固有频率及相应的模态振型，实现SRM定子模态有限元建模。
进一步的，所述根据所述SRM定子三维有限元模型计算得到Pinball半径，具体包括：
利用有限元软件ANSYS自带的程序控制方式对所述SRM定子三维有限元模型进行计算得到Pinball半径。
进一步的，所述依据所述Pinball半径，在所述SRM定子三维有限元模型中将定子铁心和定子绕组绑定连接，具体包括：
利用有限元软件ANSYS，依据所述Pinball半径，在所述SRM定子三维有限元模型中将定子铁心和定子绕组绑定连接。
实施本发明，具有如下有益效果：与现有SRM定子模态分析所建模型相比，本发明更加接近SRM物理模型，计算结果更为精确，更加具有工程实用价值，且可推广应用于单绕组、双绕组无轴承开关磁阻电机定子模态数值分析建模研究，为降低振动和减小电机噪声奠定了基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的SRM定子模态有限元建模方法的一个实施例的流程示意图；
图2为计及绕组、散热筋和底座的SRM定子三维实体模型；
图3为SRM第二阶振型图；
图4为SRM第三阶振型图；
图5为SRM第四阶振型图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是本发明提供的SRM定子模态有限元建模方法的一个实施例的流程示意图，如图1所示，包括：
S101、依据样机尺寸，建立计及绕组、散热筋和底座的SRM定子三维有限元模型。
其中，本实施例中，以6/4极SRM为例，其定子铁心外径：130mm；内径：68mm；齿极高度：18.7mm；铁心长度：110mm。
SRM定子三维有限元模型的建立是现有技术，可采用现有软件或方法实现，建立的SRM定子三维有限元模型如图2所示。
S102、根据所述SRM定子三维有限元模型计算得到Pinball半径。
具体的，步骤S102包括步骤：利用有限元软件ANSYS自带的程序控制方式对所述SRM定子三维有限元模型进行计算得到Pinball半径。可以理解的，也可以采用其他软件或方法实现Pinball半径的计算。
S103、依据所述Pinball半径，在所述SRM定子三维有限元模型中将定子铁心和定子绕组绑定连接。
其中，若定子绕组与定子铁心之间间隙小于Pinball半径，则定子绕组与定子铁心是相互绑定状态，反之，定子绕组与定子铁心均处于自由无约束状态。
具体的，步骤“依据所述Pinball半径，在所述SRM定子三维有限元模型中将定子铁心和定子绕组绑定连接”，具体包括步骤：利用有限元软件ANSYS，依据所述Pinball半径，在所述SRM定子三维有限元模型中将定子铁心和定子绕组绑定连接。可以理解的，也可以采用其他软件或方法实现定子铁心和定子绕组绑定连接。
S104、对SRM定子三维有限元模型的数值进行模态计算，获得振动固有频率及相应的模态振型，实现SRM定子模态有限元建模。
其中，模态计算是根据给定的材料性能参数进行计算。振动固有频率及相应的模态振型可以比较准确地反映SRM定子的真实模态信息。
在自由振动下，三维有限元的计算结果存在很多不同振型的模态，但由于电机的激振力一般是均匀地作用于磁极表面，因此真正有意义、对噪声有贡献的是轴向振动节点数m＝0的振型，即轴向无变形的振型，如图3-图5所示。图3(a)、图3(c)、图3(e)和图3(g)是二阶振型的定子截面视图，图3(b)、图3(d)、图3(f)和图3(h)是其相应的三维立体视图；图4(a)和图4(c)是三阶振型的定子截面视图，图4(b)和图4(d)是其相应的三维立体视图；图5(a)和图5(c)是四阶振型的定子截面视图，图5(b)和图5(d)是其相应的三维立体视图
SRM定子模态分析结果如表一所示。
表1模态频率与其相应振型阶数
实施本发明，具有如下有益效果：与现有SRM定子模态分析所建模型相比，本发明更加接近SRM物理模型，计算结果更为精确，更加具有工程实用价值，且可推广应用于单绕组、双绕组无轴承开关磁阻电机定子模态数值分析建模研究，为降低振动和减小电机噪声奠定了基础。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种SRM定子模态有限元建模方法，其特征在于，包括：
依据样机尺寸，建立计及绕组、散热筋和底座的SRM定子三维有限元模型；
根据所述SRM定子三维有限元模型计算得到Pinball半径；
依据所述Pinball半径，在所述SRM定子三维有限元模型中将定子铁心和定子绕组绑定连接；其中，若定子绕组与定子铁心之间间隙小于Pinball半径，则定子绕组与定子铁心是相互绑定状态，反之，定子绕组与定子铁心均处于自由无约束状态；
对SRM定子三维有限元模型的数值进行模态计算，获得振动固有频率及相应的模态振型，实现SRM定子模态有限元建模。
2.如权利要求1所述的SRM定子模态有限元建模方法，其特征在于，所述根据所述SRM定子三维有限元模型计算得到Pinball半径，具体包括：
利用有限元软件ANSYS自带的程序控制方式对所述SRM定子三维有限元模型进行计算得到Pinball半径。
3.如权利要求1所述的SRM定子模态有限元建模方法，其特征在于，所述依据所述Pinball半径，在所述SRM定子三维有限元模型中将定子铁心和定子绕组绑定连接，具体包括：
利用有限元软件ANSYS，依据所述Pinball半径，在所述SRM定子三维有限元模型中将定子铁心和定子绕组绑定连接。
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