一種計(jì)及繞組的bsrm定子模態(tài)有限元建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計(jì)及繞組的BSRM定子模態(tài)有限元建模方法，屬于研究結(jié)構(gòu)動力 特性分析方法領(lǐng)域，尤其屬于BSRM定子振動特性分析領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)磁阻電動機(jī)（SRM)較傳統(tǒng)電機(jī)有較大的振動與噪聲，阻礙了它在一些場合的 推廣應(yīng)用。SRM的通電相定子極受脈動的徑向磁拉力作用，使殼體結(jié)構(gòu)的定子產(chǎn)生壓縮形變 而振動，構(gòu)成了其噪聲的主要根源。無軸承開關(guān)磁阻電動機(jī)（BSRM)作為一種特殊的SRM，同 樣面臨電磁噪聲和振動的問題。電機(jī)定子振動特性的研究對于降低電機(jī)噪聲有著非常重要 的作用。
[0003] 在對電機(jī)定子振動特性的研究中，模態(tài)分析是重要內(nèi)容之一。在BSRM本體及其控 制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，如果能準(zhǔn)確地把握BSRM定子的模態(tài)參數(shù)，包括定子固有頻率及其模態(tài) 振型，將為BSRM及其控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以降低振動、噪聲，提高力能指標(biāo)奠定基礎(chǔ)。
[0004] 現(xiàn)有的模態(tài)分析方法包括計(jì)算模態(tài)分析和試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析兩種。對樣機(jī)進(jìn)行模態(tài)試 驗(yàn)雖然可獲得較準(zhǔn)確的固有頻率和振型，但在樣機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)階段，此方法增加了研發(fā)時間 與成本。隨著有限元數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，模態(tài)計(jì)算不但成本低，實(shí)現(xiàn)方便，而且還可考察 一些極限情況，為樣機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)指明出正確方向。
[0005]目前，結(jié)構(gòu)模態(tài)計(jì)算技術(shù)已較為成熟，尤其是結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算技術(shù)在結(jié)構(gòu)模態(tài)計(jì) 算方面的精度已經(jīng)很高。然而，作為一種正在發(fā)展中的新型無軸承電機(jī)，BSRM定子有限元 模態(tài)分析的精度亟待提高，其原因在于：與普通SRM定子極僅繞有轉(zhuǎn)矩繞組相比，BSRM定子 極上繞有轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組，轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組并非剛性固定在定子極上，而且轉(zhuǎn)矩 繞組和懸浮繞組之間亦并非剛性固定，這使得BSRM定子計(jì)算模態(tài)分析十分復(fù)雜。在現(xiàn)有的 BSRM定子計(jì)算模態(tài)分析中，為了簡化，常忽略轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的影響，建立不包括轉(zhuǎn)矩 繞組和懸浮繞組的定子模態(tài)分析模型，這不能準(zhǔn)確地反映其實(shí)際模態(tài)振型和固有頻率，導(dǎo) 致計(jì)算誤差較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種計(jì)及繞組的BSRM定子模態(tài)有限元建 模方法。
[0007] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種計(jì)及繞組的BSRM定子模態(tài)有限元建模方法，包括以下步驟，
[0009] 步驟一，在有限元軟件ANSYS中建立帶有轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的BSRM定子三維模 型；
[0010] 步驟二，設(shè)置BSRM定子鐵心、轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的材料屬性；
[0011] 步驟三，在定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間通過添加彈簧 來模擬定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間的柔性連接；
[0012] 步驟四，對BSRM定子三維模型劃分網(wǎng)格；
[0013] 步驟五，在相鄰齒極繞組之間添加位移約束；
[0014] 步驟六，應(yīng)用求解器對BSRM定子三維模型進(jìn)行模態(tài)分析。
[0015] 材料屬性包括彈性模量，剪切模量和泊松比。
[0016] 本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：本發(fā)明通過在有限元軟件ANSYS中建立帶有轉(zhuǎn)矩繞 組和懸浮繞組的BSRM定子三維模型，在定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞 組之間通過添加彈簧來模擬定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間的柔 性連接，從而合理計(jì)及了轉(zhuǎn)矩繞組、懸浮繞組對BSRM定子質(zhì)量和剛度的影響，有效提高了 BSRM定子計(jì)算模態(tài)分析的精度。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方 案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018] -種計(jì)及繞組的BSRM定子模態(tài)有限元建模方法，包括以下步驟：
[0019] 步驟一，在有限元軟件ANSYS中建立帶有轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的BSRM定子三維模 型。
[0020] 步驟二，設(shè)置BSRM定子鐵心、轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的材料屬性；材料屬性包括彈 性模量，剪切模量和泊松比。
[0021] 步驟三，在定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間通過添加彈簧 來模擬定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間的柔性連接。
[0022] 步驟四，對BSRM定子三維模型劃分網(wǎng)格。
[0023] 步驟五，在相鄰齒極繞組之間添加位移約束。
[0024] 在模態(tài)分析中，零位移約束是對位移有效的載荷，而在模型上可直接加載零位移 約束。由于通過彈簧來連接定子鐵心與定子繞組以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組這些完全不同的 部件，繞組與繞組之間存在著相對運(yùn)動，在模態(tài)計(jì)算結(jié)果中會出現(xiàn)部分重合的現(xiàn)象，因此需 要在相鄰齒極繞組之間添加位移約束。
[0025] 步驟六，應(yīng)用求解器對BSRM定子三維模型進(jìn)行模態(tài)分析。
[0026] 在自由振動下，三維有限元的計(jì)算結(jié)果存在很多不同振型的模態(tài)，但由于電機(jī)的 激振力一般是均勻地作用于磁極表面，因此真正有意義、對噪聲有貢獻(xiàn)的是軸向振動節(jié)點(diǎn) 數(shù)為〇的振型，即軸向無變形的振型。
[0027] 上述方法通過在有限元軟件ANSYS中建立帶有轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的BSRM定子 三維模型，在定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間通過添加彈簧來模擬 定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間的柔性連接，從而合理計(jì)及了轉(zhuǎn)矩 繞組、懸浮繞組對BSRM定子質(zhì)量和剛度的影響，有效提高了BSRM定子計(jì)算模態(tài)分析的精 度。
[0028] 為了進(jìn)一步說明上述方法，以6/4極BSRM為例，其定子鐵心外徑：93. 8mm;內(nèi)徑： 77. 6mm;齒極高度：14. 85mm;鐵心長度：46. 9mm。采用上述步驟進(jìn)行帶有轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞 組的BSRM定子模態(tài)分析，三維模型提取的模態(tài)階數(shù)設(shè)為70。
[0029] BSRM定子模態(tài)分析結(jié)果如表一所不。
[0030] 表一模態(tài)頻率與其相應(yīng)振型階數(shù)
[0031]
[0032] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種計(jì)及繞組的BSRM定子模態(tài)有限元建模方法，其特征在于：包括以下步驟， 步驟一，在有限元軟件ANSYS中建立帶有轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的BSRM定子三維模型； 步驟二，設(shè)置BSRM定子鐵心、轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的材料屬性； 步驟三，在定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間通過添加彈簧來模 擬定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間的柔性連接； 步驟四，對BSRM定子三維模型劃分網(wǎng)格； 步驟五，在相鄰齒極繞組之間添加位移約束； 步驟六，應(yīng)用求解器對BSRM定子三維模型進(jìn)行模態(tài)分析。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種計(jì)及繞組的BSRM定子模態(tài)有限元建模方法，其特征在 于：材料屬性包括彈性模量，剪切模量和泊松比。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種計(jì)及繞組的BSRM定子模態(tài)有限元建模方法，通過在有限元軟件ANSYS中建立帶有轉(zhuǎn)矩繞組和懸浮繞組的BSRM定子三維模型，在定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間通過添加彈簧來模擬定子鐵心與定子繞組之間以及轉(zhuǎn)矩繞組與懸浮繞組之間的柔性連接，從而合理計(jì)及了轉(zhuǎn)矩繞組、懸浮繞組對BSRM定子質(zhì)量和剛度的影響，有效提高了BSRM定子計(jì)算模態(tài)分析的精度。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105205285
【申請?zhí)枴緾N201510685479
【發(fā)明人】譚超, 王宏華, 陳凌, 路天航, 張經(jīng)煒, 王燚
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月20日