CN110377995A - 永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡分析方法 - Google Patents

永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡分析方法，包括如下步骤：1）绘制电机转子支架永磁体安装槽三维模型图；并过中心轴线与任一安装槽的质心作平面，将安装槽分为对称的两部分；2）计算每对槽在其质心的法线方向上的不平衡量U，求得最大不平衡量U max ，最小不平衡量为0；3）按照均匀分布方式进行处理，得到符合实际的由安装槽径向位置对称度产生的转子结构不平衡范围。本发明使得永磁体安装槽设计时依照平衡等级，选择最优径向对称度公差等级，能从源头上控制由于加工误差所产生的不平衡量；而且实现了在加工误差精度同制造成本之间取得平衡，降低了加工成本。

Description

永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡分析方法
技术领域
本发明属于电机装配技术领域，特别是涉及永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡的分析方法。
背景技术
潜艇、大型低速永磁舰艇等国防装备永磁推进电机由于其工作的特殊性，要求其具有低振动和低噪声的特点，且随着国防装备向大型化、高功率等方向发展，这类推进电机的重量和体积也不断增加。因材料不均匀、加工误差、装配精度等产生的转子不平衡是导致旋转机械振动和噪声的主要原因。由于永磁电机组成的零部件多，加工工艺复杂，会不可避免的产生转子结构不平衡。其中永磁体是这类永磁电机的关键零部件，其数量多，质量大，安装半径大和安装的分散性强，极易产生结构不平衡，且永磁体的安装位置精度主要取决于转子支架永磁体安装槽径向位置对称度。
在实际加工工艺过程中，由于永磁体具有强的磁性，会对动平衡机上的传感器磁化，严重影响测量精度，导致动平衡效果不佳，故难以通过动平衡工艺消除永磁体加工安装导致的转子不平衡，目前多依赖于工人的加工装配经验，导致转子的不平衡量难以有效控制。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种永磁体安装槽径向对称度产生转子结构不平衡的分析方法，它能够指导设计员从源头上控制由永磁体安装槽径向位置对称度公差带产生的转子结构不平衡量，且可以指导设计员在永磁体安装槽加工时实现加工误差精度同制造成本之间取得平衡，减少不必要的加工成本。
本发明采用的技术方案是：一种永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡分析方法，包括如下步骤：
1)根据电机转子支架永磁体安装槽的实际尺寸，构建电机转子支架永磁体安装槽的三维模型；根据电机转子永磁体安装槽径向位置对称度公差要求，过三维模型中心轴线与任一安装槽的质心作平面I，将安装槽分为对称的两部分；
2)由于电机转子支架永磁体安装槽为成对存在，将周向相距180°的两个安装槽分为一对，计算每对安装槽在其质心的法线方向上的不平衡量U，依照不平衡量矢量叠加原则，将所有不平衡量投影到与平面I相垂直且过中心轴线的平面II上进行叠加；以设计公差带为边界条件，知最小不平衡量为0，求得最大不平衡量Umax；
3)根据电机转子支架永磁体安装槽径向位置对称度偏差量基本符合随机分布规律，按照均匀分布方式进行处理，得到符合实际的由安装槽径向位置对称度产生的转子结构不平衡范围。
上述的永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡分析方法中，步骤2)的具体操作如下：
将对称度公差d的1/2等效为槽凸起部分质心位置偏移量，凸起部分质量为 m，计算每对安装槽在其质心的法线方向上的不平衡量U如下：
对所有安装槽进行矢量叠加，共有n个均布对称的安装槽，其整体不平衡量U总为：
当n/2为偶数时有：
当n/2为奇数时有：
其中Ui为第i对安装槽产生的不平衡量值，有：
式中：i为计数参数，为从平面I向平面II计数；
以设计公差带值为边界条件，代入式(1)～(4)中，求得最大不平衡量 Umax。
上述的永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡分析法中，步骤 3)中按照均匀分布方式进行处理，得接近由永磁体安装槽径向位置对称度产生的转子结构不平衡量的真实值，故不平衡量区间为[0,0.5Umax]。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过对电机转子支架永磁体安装槽在法向方向的内外偏移，获得安装槽径向对称度影响下的不平衡量，得到不平衡量的最小和最大值所组成的区间；并通过加工误差统计，进行函数拟合，求得表示实际安装槽径向位置对称度偏差引起整体不平衡量的表征函数；本发明能指导设计员依照平衡等级，选择最优径向对称度公差等级，从而从源头上控制由于加工误差所产生的不平衡量；同时，可以指导设计员在加工误差精度同制造成本之间取得平衡，减少不必要的加工成本。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明实施例的电机转子支架永磁体安装槽的三维模型。
图3为本发明的各安装槽产生的不平衡量示意图。
图4为本发明叠加运算方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括如下步骤：
1)根据电机转子支架永磁体安装槽的实际尺寸，构建电机转子支架永磁体安装槽三维模型；根据电机转子永磁体安装槽径向位置对称度公差要求，过三维模型的中心轴线与任一安装槽的质心作平面I，将n个安装槽分为对称的两部分；以平面I作为分界面，以平面I右侧的安装槽相对中心向外偏d/2，且平面 I左侧的安装槽相对中心向内偏d/2时产生的转子不平衡量为电机转子支架永磁体安装槽径向位置对称度公差带产生的结构不平衡量最大值。当安装槽径向位置对称度取零时转子结构不平衡量取得极小值为零；
2)将对称度公差d的1/2等效为槽凸起部分质心位置偏移量，凸起部分质量为m，由于周向相距180°的每对安装槽径向位置对称度偏差产生的结构不平衡量大小、方向均相等，依照不平衡量矢量叠加原则，则不平衡矢量叠加只需计算一侧即可，并将所有不平衡量投影到与平面I相垂直且过中心轴线的平面II 上进行叠加。
其中，每对安装槽在其质心的法线方向上的不平衡量U如下：
对所有安装槽进行矢量叠加，共有n个均布对称的安装槽，其整体不平衡量U总为：
当n/2为偶数时有：
当n/2为奇数时有：
其中Ui为第i对安装槽产生的不平衡量值，有：
式中：i为计数参数，为从平面I向平面II计数；
以设计公差带值为边界条件，代入式(1)～(4)中，求得最大不平衡量 Umax。
3)根据电机转子支架永磁体安装槽径向位置对称度偏差量符合随机分布规律，按照均匀分布方式进行处理，获得0.5Umax接近由永磁体安装槽径向位置对称度产生的转子结构不平衡量的真实值，从而得到符合实际的由安装槽径向位置对称度产生的转子结构不平衡范围，故不平衡量区间为[0,0.5Umax]。
实施例1
下面以某舰艇推进永磁电机转子支架永磁体安装槽径向位置对称度公差产生结构不平衡量为实施例，对本发明进行详细说明。
已知某永磁同步电机转子的尺寸，均布安装槽有40个，其材料的密度为 7850kg/mm3，槽径向位置对称度公差d为0.08mm。
步骤一：根据电机转子支架永磁体安装槽零部件的实际尺寸，构建电机转子支架永磁体安装槽的三维模型，如图2所示，并计算得单条安装槽质量为 49.53kg；
步骤二：过三维模型的中心轴线及任一安装槽外凸部分的质心做平面I，将安装槽分为左右两部分，以平面I左侧的安装槽均沿径向向中轴线方向偏d/2，且平面I右侧的安装槽均沿径向向背离中轴线方向偏d/2时产生的转子不平衡量为最大值；
步骤三：对产生的结构不衡量进行计算。将对称度公差d的1/2等效为槽凸起部分质心位置偏移量，再乘凸起部分质量m，即为单个槽的不平衡量，其方向为法向方向，各安装槽产生的结构不平衡量如图3所示。得每对槽的不平衡量U如下：
对所有安装槽径向位置对称度产生的结构不平衡量进行矢量叠加，叠加方法如图4所示。平面I左侧的安装槽质心位置均沿径向向中轴线方向偏d/2，平面I右侧的安装槽质心位置均沿径向向背离中轴线方向偏d/2。由前计算得出的每对槽的不平衡量U进行矢量叠加，计算如下：
其中
带入计算得：U总＝50.53kg·mm。
步骤四：根据电机转子支架永磁体安装槽径向位置对称度偏差量符合随机分布规律，按照均匀分布方式进行处理，得接近由永磁体安装槽径向位置对称度产生的转子结构不平衡量的真实值，从而得到符合实际的由安装槽径向位置对称度产生的转子结构不平衡范围为[0，25.18kg·mm]。

Claims (3)

1.一种永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡分析方法，包括如下步骤：
1)根据电机转子支架永磁体安装槽的实际尺寸，构建电机转子支架永磁体安装槽的三维模型；根据电机转子永磁体安装槽径向位置对称度公差要求，过三维模型中心轴线与任一安装槽的质心作平面I，将安装槽分为对称的两部分；
2)由于电机转子支架永磁体安装槽为成对存在，将周向相距180°的两个安装槽分为一对，计算每对安装槽在其质心的法线方向上的不平衡量U，依照不平衡量矢量叠加原则，将所有不平衡量投影到与平面I相垂直且过中心轴线的平面II上进行叠加；以设计公差带为边界条件，知最小不平衡量为0，并求得最大不平衡量Umax；
3)根据电机转子支架永磁体安装槽径向位置对称度偏差量基本符合随机分布规律，按照均匀分布方式进行处理，得到符合实际的由安装槽径向位置对称度产生的转子结构不平衡范围。
2.根据权利要求1所述的永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡分析方法，步骤2)的具体操作如下：
将对称度公差d的1/2等效为槽凸起部分质心位置偏移量，凸起部分质量为m，设计值下安装槽质心到转子轴心的距离为R，计算每对安装槽在其质心的法线方向上的不平衡量U如下：
对所有安装槽进行矢量叠加，共有n个均布对称的安装槽，其整体不平衡量U总为：
当n/2为偶数时有：
当n/2为奇数时有：
其中Ui为第i对安装槽产生的不平衡量值，有：
式中：i为计数参数，为从平面I向平面II计数；
以设计公差带值为边界条件，代入式(1)～(4)中，求得最大不平衡量Umax。
3.根据权利要求2所述的永磁体安装槽径向位置对称度产生转子结构不平衡分析方法，步骤3)中按照均匀分布方式进行处理，得接近由永磁体安装槽径向位置对称度产生的转子结构不平衡量的真实值。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107255549A (zh) * 2017-06-14 2017-10-17 西安交通大学 一种转子多点不平衡量识别方法
RU2694142C1 (ru) * 2018-09-27 2019-07-09 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") Способ балансировки ротора в одной плоскости коррекции

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