CN114577397B - 一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统 - Google Patents

一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114577397B
CN114577397B CN202210263924.5A CN202210263924A CN114577397B CN 114577397 B CN114577397 B CN 114577397B CN 202210263924 A CN202210263924 A CN 202210263924A CN 114577397 B CN114577397 B CN 114577397B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vibration response
permanent magnet
magnet motor
balance
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210263924.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114577397A (zh
Inventor
宾光富
张阳演
雷雄
李纯清
高耀智
刘尹红
许建元
牛浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University of Science and Technology
Original Assignee
Hunan University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University of Science and Technology filed Critical Hunan University of Science and Technology
Priority to CN202210263924.5A priority Critical patent/CN114577397B/zh
Publication of CN114577397A publication Critical patent/CN114577397A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114577397B publication Critical patent/CN114577397B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/02—Details of balancing machines or devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/30—Compensating imbalance
    • G01M1/36—Compensating imbalance by adjusting position of masses built-in the body to be tested
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)

Abstract

本发明属于动平衡技术领域，涉及一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统，该方法包括：获得永磁电机转子在动平衡转速下的振动响应误差；利用振动响应误差对振动响应信号进行误差补偿，获得不平衡振动响应信号；根据不平衡振动响应信号获得动平衡转速时永磁电机转子的平衡配重；为永磁电机转子的配重面设置多组等效平衡配重；根据永磁电机转子‑磁钢的有限元动力学方程计算永磁电机转子在工作转速施加各种等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库；若振动响应数据库中不存在小于振动响应阈值的振动响应，则通过对各组等效平衡配重进行划分重新构建振动响应数据库，直到获得满足振动等级需求的振动响应，可实现转子特殊条件下的低速动平衡。

Description

一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统
技术领域
本发明涉及动平衡技术领域，特别是涉及一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统。
背景技术
高速永磁电机转速高达10000转/分，具有比功率大、集成化、可靠性高等优点，广泛用于轨道交通车辆、特种车辆、新能源汽车等领域。高速永磁电机转子在制造过程中由于材料质量分布不均匀、机械加工误差以及多个零部件装配偏差的累积与传递容易导致转子质量不平衡分布的随机性和动态性强，高速运行下产生剧烈振动引发破坏性灾难事故。因此必须对制造过程中质量不平衡进行严格控制，动平衡成为高速永磁电机转子制造过程中的关键核心技术。
目前主要通过动平衡机来实现生产制造过程中永磁电机转子不平衡量的控制，受现有动平衡机驱动系统和测试精度的限制，高速永磁电机转子动平衡工艺难以实现高速下动平衡，只能提高产品振动等级要求通过低速下动平衡来校正平衡，即动平衡工艺“高速低代”，这种制造工艺主要存在三个问题：(1)永磁电机转子旋转时产生磁场，导致动平衡机摆架下的振动传感器测试信号发生波动，难以真实反映转子质量不平衡振动响应，导致平衡效果不理想；(2)设计具有隔磁功能的装置来屏蔽外部磁场对传感器的影响，需要对动平衡机进行改造，成本高；(3)由于高速永磁电机转子在工作转速下会发生挠曲变形，导致在低速下平衡好转子后，在工作转速下又失衡了。
发明内容
本发明的目的是提供一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统，克服了电机转子无法在高速下进行动平衡的困难。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种高速永磁电机转子动平衡方法，包括：
根据永磁电机转子在工作转速时的动平衡品质等级和动平衡转速时的动平衡品质等级确定动平衡转速；
获得所述永磁电机转子在所述动平衡转速下的振动响应误差；
采集所述永磁电机转子在所述动平衡转速下第一测试面的第一振动响应信号和第二测试面的第二振动响应信号；
利用所述振动响应误差分别对所述第一振动响应信号和所述第二振动响应信号进行误差补偿，获得第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号；
根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；
根据所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重，为所述永磁电机转子的配重面设置模拟工作转速下的多组等效平衡配重；
获取所述永磁电机转子在多个预设转速下的振动响应，并根据多个预设转速下的振动响应获取所述永磁电机转子的等效不平衡分布；所述多个预设转速均低于预设第一阶临界转速；
基于所述永磁电机转子的实际结构、运行参数和等效不平衡分布，构建永磁电机转子-磁钢的有限元动力学方程；
根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库；所述振动响应数据库中各元素包括一组等效平衡配重和对应的振动响应；
判断所述振动响应数据库中是否存在小于振动响应阈值的振动响应；
若不存在，则基于配重大小或相位对各组等效平衡配重进行划分，获得更新后的多组等效平衡配重，返回步骤“根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库”；
若存在，则输出最小的振动响应对应的等效平衡配重；
根据输出的等效平衡配重对所述永磁电机转子进行平衡配重。
可选地，所述根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重，具体包括：
根据公式确定所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；
其中，α1、α2、β1和β2均为影响系数，r2(A)为第一不平衡振动响应信号，r2(B)为第二不平衡振动响应信号，U1表示第一配重面平衡配重，U2表示第二配重面平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。
可选地，所述有限元动力学方程表示为：
其中，M为质量矩阵，q为广义位移矢量，表示q的一阶导数，/>表示q的二阶导数，C为阻尼矩阵，G为陀螺效应矩阵，U为不平衡矢量，ε为偏心距矢量，Ω为转子转速，K表示刚度矩阵，i表示等效平衡配重的序号。
可选地，所述根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库，具体包括：
求解矩阵的特征根获得永磁电机转子的模态振型；
采用模态法计算永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应Ri；
其中，I表示单位矩阵，Ri＝Ri(x)＝ε1φ1(x)+ε2φ2(x)，ε1和ε2均为变形系数，φ1(x)为一阶模态振型，φ2(x)为二阶模态振型，x表示转子位置输入。
可选地，一组等效平衡配重表示为(U1 i，U2 i)，U1 i表示第i组第一配重面的等效平衡配重，U2 i表示第i组第二配重面的等效平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。
本发明公开了一种高速永磁电机转子动平衡系统，包括：
动平衡转速确定模块，用于根据永磁电机转子在工作转速时的动平衡品质等级和动平衡转速时的动平衡品质等级确定动平衡转速；
振动响应误差获取模块，用于获得所述永磁电机转子在所述动平衡转速下的振动响应误差；
测试面的振动响应信号采集模块，用于采集所述永磁电机转子在所述动平衡转速下第一测试面的第一振动响应信号和第二测试面的第二振动响应信号；
不平衡振动响应信号确定模块，用于利用所述振动响应误差分别对所述第一振动响应信号和所述第二振动响应信号进行误差补偿，获得第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号；
动平衡转速时平衡配重获取模块，用于根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；
多组等效平衡配重确定模块，用于根据所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重，为所述永磁电机转子的配重面设置模拟工作转速下的多组等效平衡配重；
获取所述永磁电机转子在多个预设转速下的振动响应，并根据多个预设转速下的振动响应获取所述永磁电机转子的等效不平衡分布；所述多个预设转速均低于预设第一阶临界转速；
有限元动力学方程构建模块，用于基于所述永磁电机转子的实际结构、运行参数和等效不平衡分布，构建永磁电机转子-磁钢的有限元动力学方程；
振动响应数据库确定模块，用于根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库；所述振动响应数据库中各元素包括一组等效平衡配重和对应的振动响应；
判断模块，用于判断所述振动响应数据库中是否存在小于振动响应阈值的振动响应；
等效平衡配重进行划分模块，用于若不存在小于振动响应阈值的振动响应，则基于配重大小或相位对各组等效平衡配重进行划分，获得更新后的多组等效平衡配重，返回振动响应数据库确定模块；
等效平衡配重输出模块，用于若存在小于振动响应阈值的振动响应，则输出最小的振动响应对应的等效平衡配重；
平衡配重模块，用于根据输出的等效平衡配重对所述永磁电机转子进行平衡配重。
可选地，所述动平衡转速时平衡配重获取模块，具体包括：
动平衡转速时平衡配重获取单元，用于根据公式确定所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；
其中，α1、α2、β1和β2均为影响系数，r2(A)为第一不平衡振动响应信号，r2(B)为第二不平衡振动响应信号，U1表示第一配重面平衡配重，U2表示第二配重面平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。
可选地，所述有限元动力学方程表示为：
其中，M为质量矩阵，q为广义位移矢量，表示q的一阶导数，/>表示q的二阶导数，C为阻尼矩阵，G为陀螺效应矩阵，U为不平衡矢量，ε为偏心距矢量，Ω为转子转速，K表示刚度矩阵，i表示等效平衡配重的序号。
可选地，所述振动响应数据库确定模块，具体包括：
模态振型获取单元，用于求解矩阵的特征根获得永磁电机转子的模态振型；
振动响应计算单元，用于采用模态法计算永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应Ri；
其中，I表示单位矩阵，Ri＝Ri(x)＝ε1φ1(x)+ε2φ2(x)，ε1和ε2均为变形系数，φ1(x)为一阶模态振型，φ2(x)为二阶模态振型，x表示转子位置输入。
可选地，一组等效平衡配重表示为(U1 i，U2 i)，U1 i表示第i组第一配重面的等效平衡配重，U2 i表示第i组第二配重面的等效平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统，通过振动信号误差补偿得到真实反映转子不平衡振动响应的信号，为动平衡提供的更准确的数据；根据电机转子动平衡转速下获得的平衡配重，设置多组等效平衡配重模拟电机转子在工作转速时的平衡配重，通过计算振动响应值，确定工作转速时的平衡配重，实现了满足转子高速振动等级要求的低速动平衡，克服了电机转子无法在高速下进行动平衡的困难。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种高速永磁电机转子动平衡方法流程示意图；
图2为本发明一种高速永磁电机转子动平衡方法原理示意图；
图3是高速永磁电机转子系统结构爆炸示意图；
图4为本发明高速永磁电机转子动平衡转速时稳态响应图；
图5为本发明高速永磁电机转子动平衡结构示意图；
图6为本发明一种高速永磁电机转子动平衡系统结构示意图；
符号说明：
1-4为振动速度传感器，5为键相信号传感器，6为电机，7为弹性连轴节，8-转子，A为第一测试面，B为第二测试面，C为第一配重面，D为第二配重面。
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做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。
本发明的目的是提供一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统，提高了动平衡的准确性和可靠性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种高速永磁电机转子动平衡方法流程示意图，图2为本发明一种高速永磁电机转子动平衡方法原理示意图，如图1-2所示，一种高速永磁电机转子动平衡方法包括以下步骤：
步骤101：根据永磁电机转子在工作转速时的动平衡品质等级和动平衡转速时的动平衡品质等级确定动平衡转速。
永磁电机转子为高速永磁电机的转子，转子转速最高为10000转/分。
若高速永磁电机转子在工作转速Ω1下的动平衡品质等级为G2.5，动平衡转速Ω2下的品质等级为G1.0，工作转速Ω1为12000rpm，根据方程(1)可知，动平衡品质等级与动平衡转速成正比，因此Ω2为4800rpm。
G＝(Ω×u)/(9549×M) (1)
式中，G为动平衡品质等级，u为不平衡量，M为转子质量，Ω为转子转速。
高速永磁电机转子在动平衡转速时的稳态响应图如图4所示。
步骤102：获得永磁电机转子在动平衡转速下的振动响应误差。
其中，步骤102具体包括：采用有限元方法确定动平衡转速Ω2下永磁电机转子系统磁场分布规律，将考虑外部磁场的转子系统的振动响应测试信号与未考虑外部磁场的振动响应测试信号进行对比，分析动平衡转速Ω2下的外部磁场对转子系统振动响应测试信号的影响，获得因外部磁场导致的转子系统振动响应测试误差r0。例如，试电机转子在动平衡转速Ω2下的振动响应r，对振动传感器进行隔磁处理，再次测试电机转子在动平衡转速Ω2下的振动响应r＇。将振动响应r减去r＇获得r0。
步骤103：采集永磁电机转子在动平衡转速下第一测试面的第一振动响应信号和第二测试面的第二振动响应信号。
步骤104：利用振动响应误差分别对第一振动响应信号和第二振动响应信号进行误差补偿，获得第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号。
其中步骤103-104的原理为：考虑磁场对振动速度传感器的影响，获得振动测试信号r1，剔除因外部磁场导致的转子系统振动响应测试误差r0，得到真实反应转子不平衡振动响应的信号r2。
r1-r0＝r2 (2)
步骤105：根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得动平衡转速时永磁电机转子的平衡配重(U1，U2)。
根据公式
其中，α1、α2、β1和β2均为影响系数，r2(A)为第一不平衡振动响应信号，r2(B)为第二不平衡振动响应信号，U1表示第一配重面平衡配重，U2表示第二配重面平衡配重，第一配重面和第二配重面均位于永磁电机转子上，A表示第一测试面，B表示第二测试面，如图5所示。
步骤106：根据动平衡转速时永磁电机转子的平衡配重，为永磁电机转子的配重面设置模拟工作转速下的多组等效平衡配重。
一组等效平衡配重表示为(U1 i，U2 i)，U1 i表示第i组第一配重面的等效平衡配重，U2 i表示第i组第二配重面的等效平衡配重，第一配重面C和第二配重面D均位于永磁电机转子上，如图5所示。
其中，步骤106具体包括，由于永磁电机转子在工作转速下会有微弱的挠曲变形，参照平衡配重(U1，U2)，在配重面上设置18种(组)等效平衡配重(U1 i，U2 i)(i＝1，2…18)模拟工作转速Ω1下转子动平衡配重。
作为具体实施例，18组等效平衡配重如表1所示，第一配重面的等效平衡配重U1 i＝U1，第二配重面的等效平衡配重U2 i按照相位不同分别6个集合，相位间隔为60度，各集合相位依次间隔60度，各集合中包括3个相位相同的等效平衡配重U2 i，分别为0.5|U2|，|U2|，和2|U2|。
步骤107：获取所述永磁电机转子在多个预设转速下的振动响应，并根据多个预设转速下的振动响应获取所述永磁电机转子的等效不平衡分布；所述多个预设转速均低于预设第一阶临界转速。
步骤108：基于永磁电机转子的实际结构、运行参数和等效不平衡分布，构建永磁电机转子-磁钢的有限元动力学方程。
永磁电机转子的实际结构为高速永磁电机转子系统的实际结构，高速永磁电机转子系统如图3所示。
其中，步骤108具体包括：根据高速永磁电机转子系统结构与尺寸，结合转子在磁场环境中高速运行条件参数，采用接触力学分析滚动轴承与转子装配公差等级下的等效刚度和阻尼，构建转子、滚动轴承和磁钢的三维物理模型，分别获取质量属性，采用集中质量法模化处理，设置等效平衡配重(U1 i，U2 i)模拟电机转子的不平衡，建立与实际结构和运行参数相符合的高速永磁电机转子-磁钢有限元动力学方程。
有限元动力学方程表示为：
其中，M为质量矩阵(惯性矩阵)，q为广义位移矢量，表示q的一阶导数，/>表示q的二阶导数，C为阻尼矩阵，G为陀螺效应矩阵，U为不平衡矢量，ε为偏心距矢量，Ω为转子转速，K表示刚度矩阵，i表示等效平衡配重的序号。
U＝{…,U1 i,…,U2 i,…}T (5)
不平衡矢量U除了包括等效平衡配重外还包括其他影响不平衡的分量。
步骤109：根据有限元动力学方程，计算永磁电机转子在工作转速施加各种等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库；振动响应数据库中各元素包括一组等效平衡配重和对应的振动响应。
振动响应数据库中各元素表示为(U1 i，U2 i，Ri)，如表1所示，Ri表示永磁电机转子在工作转速施加等效平衡配重(U1 i，U2 i)后的振动响应。
表1等效平衡配重与振动响应数据库
其中，步骤109具体包括：
转子系统的固有频率和振型为矩阵A的特征值与特征向量，通过求解方程(6)的特征根获得永磁电机转子临界转速和模态振型φi(x)(i＝1,2,…,n)
由于该实施例永磁电机转子不平衡响应以前二阶模态振型为主，采用模态法计算永磁电机转子在工作转速Ω1施加各种等效平衡配(U1 i，U2 i)重后的振动响应Ri。
Ri(x)＝ε1φ1(x)+ε2φ2(x) (7)
其中，I表示单位矩阵，Ri(x)＝ε1φ1(x)+ε2φ2(x)，ε1和ε2均为变形系数，φ1(x)为一阶模态振型，φ2(x)为二阶模态振型，x表示转子位置输入。
步骤110：判断振动响应数据库中是否存在小于振动响应阈值的振动响应。
其中，步骤110具体包括：在振动响应数据库中选择满足工作转速Ω1振动等级要求的振动响应Ri。
若步骤110的输出结果为不存在，则执行步骤111。
步骤111：基于配重大小或相位对各组等效平衡配重进行划分，获得更新后的多组等效平衡配重，返回步骤109。
其中，步骤111具体包括：进一步划分等效不平衡量组合，对第i组等效平衡配重中第一配重面的等效平衡配重U1 i保持不变，将第二配重面的等效平衡配重U2 i划分为0.5|U2 i|、|U2 i|和2|U2 i|，或者增加等效平衡配重的相位，为各等效平衡配重U2 i增加原相位间隔/2的等效平衡配重，例如原相位间隔为60°，当前相位间隔为30°，增加|U2 i|∠30°、|U2 i|∠90°、|U2 i|∠150°、|U2 i|∠210°和|U2 i|∠270°的第二配重面的等效平衡配重。
若步骤110的输出结果为存在，则执行步骤112。
步骤112：输出最小的振动响应对应的等效平衡配重。
其中，步骤112具体包括：若有多个振动响应满足要求，选择最小的振动响应Ri，进而确定对应的等效平衡配重(U1 i，U2 i)。
步骤113：根据输出的等效平衡配重对永磁电机转子进行平衡配重。
其中，步骤113具体包括：对永磁电机转子进行动平衡，在配重面C(第一配重面)添加平衡配重U1 m，在配重面D(第二配重面)添加平衡配重U2 m。
第m组等效平衡配重(U1 m，U2 m)为输出的等效平衡配重。
图6为本发明一种高速永磁电机转子动平衡系统结构示意图，如图6所示，一种高速永磁电机转子动平衡系统，包括：
动平衡转速确定模块201，用于根据永磁电机转子在工作转速时的动平衡品质等级和动平衡转速时的动平衡品质等级确定动平衡转速。
振动响应误差获取模块202，用于获得永磁电机转子在动平衡转速下的振动响应误差。
测试面的振动响应信号采集模块203，用于采集永磁电机转子在动平衡转速下第一测试面的第一振动响应信号和第二测试面的第二振动响应信号。
不平衡振动响应信号确定模块204，用于利用振动响应误差分别对第一振动响应信号和第二振动响应信号进行误差补偿，获得第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号。
动平衡转速时平衡配重获取模块205，用于根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得动平衡转速时永磁电机转子的平衡配重。
多组等效平衡配重确定模块206，用于根据动平衡转速时永磁电机转子的平衡配重，为永磁电机转子的配重面设置模拟工作转速下的多组等效平衡配重。
等效不平衡分布获取模块207，用于获取所述永磁电机转子在多个预设转速下的振动响应，并根据多个预设转速下的振动响应获取所述永磁电机转子的等效不平衡分布；所述多个预设转速均低于预设第一阶临界转速。
有限元动力学方程构建模块208，用于基于永磁电机转子的实际结构、运行参数和转子等效不平衡分布，构建永磁电机转子-磁钢的有限元动力学方程。
振动响应数据库确定模块209，用于根据有限元动力学方程，计算永磁电机转子在工作转速施加各种等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库；振动响应数据库中各元素包括一组等效平衡配重和对应的振动响应。
判断模块210，用于判断振动响应数据库中是否存在小于振动响应阈值的振动响应。
等效平衡配重进行划分模块211，用于若不存在小于振动响应阈值的振动响应，则基于配重大小或相位对各组等效平衡配重进行划分，获得更新后的多组等效平衡配重，返回模块209。
等效平衡配重输出模块212，用于若存在小于振动响应阈值的振动响应，则输出最小的振动响应对应的等效平衡配重。
平衡配重模块213，用于根据输出的等效平衡配重对永磁电机转子进行平衡配重。
动平衡转速时平衡配重获取模块205，具体包括：
动平衡转速时平衡配重获取单元，用于根据公式确定动平衡转速时永磁电机转子的平衡配重。
其中，α1、α2、β1和β2均为影响系数，r2(A)为第一不平衡振动响应信号，r2(B)为第二不平衡振动响应信号，U1表示第一配重面平衡配重，U2表示第二配重面平衡配重，第一配重面和第二配重面均位于永磁电机转子上。
有限元动力学方程表示为：
其中，M为质量矩阵，q为广义位移矢量，表示q的一阶导数，/>表示q的二阶导数，C为阻尼矩阵，G为陀螺效应矩阵，U为不平衡矢量，ε为偏心距矢量，Ω为转子转速，K表示刚度矩阵，i表示等效平衡配重的序号。
振动响应数据库确定模块209，具体包括：
模态振型获取单元，用于求解矩阵的特征根获得永磁电机转子的模态振型。
振动响应计算单元，用于采用模态法计算永磁电机转子在工作转速施加各种等效平衡配重后的振动响应Ri。
其中，I表示单位矩阵，Ri＝Ri(x)＝ε1φ1(x)+ε2φ2(x)，ε1和ε2均为变形系数，φ1(x)为一阶模态振型，φ2(x)为二阶模态振型，x表示转子位置输入。
一组等效平衡配重表示为(U1 i，U2 i)，U1 i表示第i组第一配重面的等效平衡配重，U2 i表示第i组第二配重面的等效平衡配重，第一配重面和第二配重面均位于永磁电机转子上。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种高速永磁电机转子动平衡方法，其特征在于，包括：
根据永磁电机转子在工作转速时的动平衡品质等级和动平衡转速时的动平衡品质等级确定动平衡转速；
获得所述永磁电机转子在所述动平衡转速下的振动响应误差；
采集所述永磁电机转子在所述动平衡转速下第一测试面的第一振动响应信号和第二测试面的第二振动响应信号；
利用所述振动响应误差分别对所述第一振动响应信号和所述第二振动响应信号进行误差补偿，获得第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号；
根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；
根据所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重，为所述永磁电机转子的配重面设置模拟工作转速下的多组等效平衡配重；
获取所述永磁电机转子在多个预设转速下的振动响应，并根据多个预设转速下的振动响应获取所述永磁电机转子的等效不平衡分布；所述多个预设转速均低于预设第一阶临界转速；
基于所述永磁电机转子的实际结构、运行参数和等效不平衡分布，构建永磁电机转子-磁钢的有限元动力学方程；
根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库；所述振动响应数据库中各元素包括一组等效平衡配重和对应的振动响应；
判断所述振动响应数据库中是否存在小于振动响应阈值的振动响应；
若不存在，则基于配重大小或相位对各组等效平衡配重进行划分，获得更新后的多组等效平衡配重，返回步骤“根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库”；
若存在，则输出最小的振动响应对应的等效平衡配重；
根据输出的等效平衡配重对所述永磁电机转子进行平衡配重。
2.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子动平衡方法，其特征在于，所述根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重，具体包括：
根据公式确定所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；
其中，α1、α2、β1和β2均为影响系数，r2(A)为第一不平衡振动响应信号，r2(B)为第二不平衡振动响应信号，U1表示第一配重面平衡配重，U2表示第二配重面平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。
3.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子动平衡方法，其特征在于，所述有限元动力学方程表示为：
其中，M为质量矩阵，q为广义位移矢量，表示q的一阶导数，/>表示q的二阶导数，C为阻尼矩阵，G为陀螺效应矩阵，U为不平衡矢量，ε为偏心距矢量，Ω为转子转速，K表示刚度矩阵，i表示等效平衡配重的序号。
4.根据权利要求3所述的高速永磁电机转子动平衡方法，其特征在于，所述根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库，具体包括：
求解矩阵的特征根获得永磁电机转子的模态振型；
采用模态法计算永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应Ri；
其中，I表示单位矩阵，Ri＝Ri(x)＝ε1φ1(x)+ε2φ2(x)，ε1和ε2均为变形系数，φ1(x)为一阶模态振型，φ2(x)为二阶模态振型，x表示转子位置输入。
5.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子动平衡方法，其特征在于，一组等效平衡配重表示为(U1 i，U2 i)，U1 i表示第i组第一配重面的等效平衡配重，U2 i表示第i组第二配重面的等效平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。
6.一种高速永磁电机转子动平衡系统，其特征在于，包括：
动平衡转速确定模块，用于根据永磁电机转子在工作转速时的动平衡品质等级和动平衡转速时的动平衡品质等级确定动平衡转速；
振动响应误差获取模块，用于获得所述永磁电机转子在所述动平衡转速下的振动响应误差；
测试面的振动响应信号采集模块，用于采集所述永磁电机转子在所述动平衡转速下第一测试面的第一振动响应信号和第二测试面的第二振动响应信号；
不平衡振动响应信号确定模块，用于利用所述振动响应误差分别对所述第一振动响应信号和所述第二振动响应信号进行误差补偿，获得第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号；
动平衡转速时平衡配重获取模块，用于根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；
多组等效平衡配重确定模块，用于根据所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重，为所述永磁电机转子的配重面设置模拟工作转速下的多组等效平衡配重；
等效不平衡分布获取模块，用于获取所述永磁电机转子在多个预设转速下的振动响应，并根据多个预设转速下的振动响应获取所述永磁电机转子的等效不平衡分布；所述多个预设转速均低于预设第一阶临界转速；
有限元动力学方程构建模块，用于基于所述永磁电机转子的实际结构、运行参数和转子等效不平衡分布，构建永磁电机转子-磁钢的有限元动力学方程；
振动响应数据库确定模块，用于根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库；所述振动响应数据库中各元素包括一组等效平衡配重和对应的振动响应；
判断模块，用于判断所述振动响应数据库中是否存在小于振动响应阈值的振动响应；
等效平衡配重进行划分模块，用于若不存在小于振动响应阈值的振动响应，则基于配重大小或相位对各组等效平衡配重进行划分，获得更新后的多组等效平衡配重，返回振动响应数据库确定模块；
等效平衡配重输出模块，用于若存在小于振动响应阈值的振动响应，则输出最小的振动响应对应的等效平衡配重；
平衡配重模块，用于根据输出的等效平衡配重对所述永磁电机转子进行平衡配重。
7.根据权利要求6所述的高速永磁电机转子动平衡系统，其特征在于，所述动平衡转速时平衡配重获取模块，具体包括：
动平衡转速时平衡配重获取单元，用于根据公式确定所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；
其中，α1、α2、β1和β2均为影响系数，r2(A)为第一不平衡振动响应信号，r2(B)为第二不平衡振动响应信号，U1表示第一配重面平衡配重，U2表示第二配重面平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。
8.根据权利要求6所述的高速永磁电机转子动平衡系统，其特征在于，所述有限元动力学方程表示为：
其中，M为质量矩阵，q为广义位移矢量，表示q的一阶导数，/>表示q的二阶导数，C为阻尼矩阵，G为陀螺效应矩阵，U为不平衡矢量，ε为偏心距矢量，Ω为转子转速，K表示刚度矩阵，i表示等效平衡配重的序号。
9.根据权利要求8所述的高速永磁电机转子动平衡系统，其特征在于，所述振动响应数据库确定模块，具体包括：
模态振型获取单元，用于求解矩阵的特征根获得永磁电机转子的模态振型；
振动响应计算单元，用于采用模态法计算永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应Ri；
其中，I表示单位矩阵，Ri＝Ri(x)＝ε1φ1(x)+ε2φ2(x)，ε1和ε2均为变形系数，φ1(x)为一阶模态振型，φ2(x)为二阶模态振型，x表示转子位置输入。
10.根据权利要求6所述的高速永磁电机转子动平衡系统，其特征在于，一组等效平衡配重表示为(U1 i，U2 i)，U1 i表示第i组第一配重面的等效平衡配重，U2 i表示第i组第二配重面的等效平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。
CN202210263924.5A 2022-03-17 2022-03-17 一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统 Active CN114577397B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210263924.5A CN114577397B (zh) 2022-03-17 2022-03-17 一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210263924.5A CN114577397B (zh) 2022-03-17 2022-03-17 一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114577397A CN114577397A (zh) 2022-06-03
CN114577397B true CN114577397B (zh) 2023-10-13

Family

ID=81780651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210263924.5A Active CN114577397B (zh) 2022-03-17 2022-03-17 一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114577397B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114977633A (zh) * 2022-07-28 2022-08-30 南昌三瑞智能科技有限公司 一种智能调节动平衡的电机转子及动平衡调节方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013083000A1 (zh) * 2011-12-05 2013-06-13 北京中科科仪股份有限公司 一种磁悬浮分子泵动平衡方法（5）
CN104535262A (zh) * 2015-01-20 2015-04-22 湖南科技大学 一种透平机械n+1支撑轴系整机无试重虚拟动平衡法
CN107389267A (zh) * 2017-07-12 2017-11-24 哈尔滨工程大学 一种转子系统动平衡激励识别方法
EP3567216A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-13 Siemens Aktiengesellschaft Rotor balancing method and apparatus
CN112014034A (zh) * 2020-07-27 2020-12-01 清华大学 磁轴承转子动平衡方法及装置
CN112729682A (zh) * 2020-12-24 2021-04-30 厦门大学 一种获取转子等效不平衡量的方法和改善转子临界转速振动响应的方法
CN113804354A (zh) * 2021-09-14 2021-12-17 西安交通大学 一种柔性转子全息同步动平衡方法及系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111475903B (zh) * 2019-01-07 2024-06-18 哈尔滨工业大学 基于多偏置误差同步补偿的大型高速回转装备多级零部件动力学特性逐级测调和分配方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013083000A1 (zh) * 2011-12-05 2013-06-13 北京中科科仪股份有限公司 一种磁悬浮分子泵动平衡方法（5）
CN104535262A (zh) * 2015-01-20 2015-04-22 湖南科技大学 一种透平机械n+1支撑轴系整机无试重虚拟动平衡法
CN107389267A (zh) * 2017-07-12 2017-11-24 哈尔滨工程大学 一种转子系统动平衡激励识别方法
EP3567216A1 (en) * 2018-05-09 2019-11-13 Siemens Aktiengesellschaft Rotor balancing method and apparatus
CN112014034A (zh) * 2020-07-27 2020-12-01 清华大学 磁轴承转子动平衡方法及装置
CN112729682A (zh) * 2020-12-24 2021-04-30 厦门大学 一种获取转子等效不平衡量的方法和改善转子临界转速振动响应的方法
CN113804354A (zh) * 2021-09-14 2021-12-17 西安交通大学 一种柔性转子全息同步动平衡方法及系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于动力学响应分析的透平机械多转子轴系虚拟动平衡研究;宾光富;周伟;王维民;李学军;;振动与冲击(18);全文 *
高速主轴不平衡振动行为分析与抑制策略;章云;孙虎;胡振邦;梅雪松;;西安交通大学学报(05);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114577397A (zh) 2022-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Edwards et al. Experimental identification of excitation and support parameters of a flexible rotor-bearings-foundation system from a single run-down
Lees et al. The evaluation of rotor imbalance in flexibly mounted machines
Zou et al. Application of augmented Kalman filter to identify unbalance load of rotor-bearing system: Theory and experiment
Shrivastava et al. Estimation of single plane unbalance parameters of a rotor-bearing system using Kalman filtering based force estimation technique
Alkomy et al. Modeling and validation of reaction wheel micro-vibrations considering imbalances and bearing disturbances
Jain et al. Model based online diagnosis of unbalance and transverse fatigue crack in rotor systems
CN114577397B (zh) 一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统
Patel et al. Nonlinear dynamic response of cylindrical roller bearing–rotor system with 9 degree of freedom model having a combined localized defect at inner–outer races of bearing
Shravankumar et al. Detection of a fatigue crack in a rotor system using full-spectrum based estimation
Yue et al. Unbalance Identification of Speed‐Variant Rotary Machinery without Phase Angle Measurement
Liu et al. Nonlinear dynamic analysis of variable lead preloaded single nut ball screw considering the variation of working parameters
Kang et al. A modified influence coefficient method for balancing unsymmetrical rotor-bearing systems
Kang et al. Tacholess estimation of time-varying dynamic coefficients of journal bearing based on the square-root cubature Kalman filter
CN113268908A (zh) 一种转子系统的响应求解方法和装置
CN110646139A (zh) 根据弯曲度确定轴弹性的转子的不平衡度的方法
Kang et al. Development and modification of a unified balancing method for unsymmetrical rotor-bearing systems
Yu et al. Unbalanced variation after assembly and double-speed influence coefficient method in the threshing drum
Tiwari et al. An extended field balancing procedure for flexible rotors fully levitated by active magnetic bearings
Cao et al. Calibration of a hub dynamic balancing machine based on the least squares method and systematic error analysis
Teyi et al. Finite element modeling and analysis of signal based localization of fatigue crack in active magnetic bearing supported shafts
Kang et al. A novel iteration method for estimation of bearing dynamic coefficients in the rotor-bearing system
CN111639386A (zh) 一种航空发动机用无键相虚拟动平衡方法
Zhang et al. Research on modeling and simulation for double-face dynamic balance of rigid rotor system
Ding et al. A linear regression model for the identification of unbalance changes in rotating machines
Huo et al. A practical strategy of unbalance identification and correction for 2-DOF precision centrifuges

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant