【摘要】：兆瓦級超高速永磁電機直驅系統(tǒng)在壓縮機、航空動力等領域的應用越來越多,而其轉速高帶來的機械與電氣問題也十分突出。一般超高速永磁電機常采用少極表貼式外加非導磁護套的轉子磁極結構,護套增加了電機氣隙,致使磁鋼用量和表面損耗較大。疊片內置式磁極結構的氣隙間隙小,但是漏磁大,且存在磁極沖片表面強度不足等問題。本文重點對兆瓦級超高速永磁電機轉子磁極結構進行優(yōu)化來解決以上問題,同時對超高速帶來的臨界轉速和動不平衡等轉子動力學關鍵問題進行了研究。兆瓦級超高速永磁電機轉子圓周速度大,機械強度差。為了尋求一種兼顧機械與電氣性能的轉子磁極結構,分別對表貼式外加非導磁護套結構,普通的內置式結構以及一種新型疊片內置磁鋼間隔高強度非導磁加強筋嵌入的磁極結構進行了機械與電氣性能的計算與有限元仿真。對比三種結構轉子的性能,確定最優(yōu)轉子磁極結構。依據轉子尺寸參數,通過校核鍵的強度,設計了結構合理的轉子軸。采用能量法對轉子軸的剛度分段計算,得到總變形量,并采用有限元法進行了驗證,判斷剛性是否滿足要求;為了預知軸的共振,采用當量直徑法對軸的一階臨界轉速進行計算,并用有限元的模態(tài)分析確定了各階臨界轉速;考慮軸承剛度后再次進行模態(tài)分析,研究軸承剛度對轉子軸臨界轉速的影響規(guī)律。針對超高速電機轉子軸動平衡難以把握的問題,對其進行不平衡諧響應分析。在計算了轉子軸的最大不平衡質量,許用偏心距及許用不平衡量的前提下,基于轉子軸動不平衡的假設,給定不平衡質量及偏心距,同時考慮了軸承剛度的影響,進行諧響應分析,研究軸承剛度對轉子軸不平衡諧響應的影響規(guī)律。
[Abstract]:The application of megawatt superhigh speed permanent magnet motor direct-drive system in compressor, aeronautical power and other fields is more and more, and the mechanical and electrical problems caused by its high rotational speed are also very prominent. The rotor pole structure with less pole surface mount and non-magnetic conduction sheath is often used in the ultra-high speed permanent magnet motor. The sheath increases the air gap of the motor, resulting in the large amount of magnetic steel and surface loss. The air-gap is small, but the magnetic flux leakage is large, and the surface strength of the plate is insufficient. In this paper, the rotor pole structure of megawatt superhigh speed permanent magnet motor is optimized to solve the above problems, and the key problems of rotor dynamics such as critical speed and dynamic unbalance caused by super high speed are studied. Megawatt super high speed permanent magnet motor rotor circumference speed is large, mechanical strength is poor. In order to find a kind of rotor magnetic pole structure with both mechanical and electrical properties, the non-magnetic conducting sheathed structure is attached to the surface separately. The mechanical and electrical properties of the magnetic pole structure embedded in the common built-in structure and a new type of laminated inner magnetic steel spacer with high strength non-magnetic conductance reinforcement are calculated and simulated by finite element method. The optimal rotor pole structure is determined by comparing the performance of the rotor with three kinds of structures. The rotor shaft with reasonable structure is designed by checking the strength of the key according to the rotor dimension parameters. The stiffness of rotor shaft is calculated by energy method, and the total deformation is obtained, and the finite element method is used to verify whether the rigidity meets the requirements. The equivalent diameter method is used to calculate the first order critical speed of the shaft and the modal analysis of the finite element method is used to determine the critical speed of each order. After considering the bearing stiffness the influence of bearing stiffness on the critical speed of the rotor shaft is studied. In order to solve the problem that dynamic balance of rotor shaft of super high speed motor is difficult to grasp, the unbalanced harmonic response analysis is carried out. On the premise of calculating the maximum unbalance mass, allowable eccentricity and allowable unbalance of rotor shaft, based on the assumption of rotor shaft dynamic unbalance, the influence of bearing stiffness is considered on the basis of the assumption that the unbalanced mass and eccentricity are given. The influence of bearing stiffness on the unbalanced harmonic response of rotor shaft is studied by harmonic response analysis.
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM351

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本文編號：2213373