【摘要】：兆瓦級(jí)超高速永磁電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)在壓縮機(jī)、航空動(dòng)力等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多,而其轉(zhuǎn)速高帶來(lái)的機(jī)械與電氣問(wèn)題也十分突出。一般超高速永磁電機(jī)常采用少極表貼式外加非導(dǎo)磁護(hù)套的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu),護(hù)套增加了電機(jī)氣隙,致使磁鋼用量和表面損耗較大。疊片內(nèi)置式磁極結(jié)構(gòu)的氣隙間隙小,但是漏磁大,且存在磁極沖片表面強(qiáng)度不足等問(wèn)題。本文重點(diǎn)對(duì)兆瓦級(jí)超高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化來(lái)解決以上問(wèn)題,同時(shí)對(duì)超高速帶來(lái)的臨界轉(zhuǎn)速和動(dòng)不平衡等轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究。兆瓦級(jí)超高速永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子圓周速度大,機(jī)械強(qiáng)度差。為了尋求一種兼顧機(jī)械與電氣性能的轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu),分別對(duì)表貼式外加非導(dǎo)磁護(hù)套結(jié)構(gòu),普通的內(nèi)置式結(jié)構(gòu)以及一種新型疊片內(nèi)置磁鋼間隔高強(qiáng)度非導(dǎo)磁加強(qiáng)筋嵌入的磁極結(jié)構(gòu)進(jìn)行了機(jī)械與電氣性能的計(jì)算與有限元仿真。對(duì)比三種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的性能,確定最優(yōu)轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)。依據(jù)轉(zhuǎn)子尺寸參數(shù),通過(guò)校核鍵的強(qiáng)度,設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)合理的轉(zhuǎn)子軸。采用能量法對(duì)轉(zhuǎn)子軸的剛度分段計(jì)算,得到總變形量,并采用有限元法進(jìn)行了驗(yàn)證,判斷剛性是否滿足要求;為了預(yù)知軸的共振,采用當(dāng)量直徑法對(duì)軸的一階臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行計(jì)算,并用有限元的模態(tài)分析確定了各階臨界轉(zhuǎn)速;考慮軸承剛度后再次進(jìn)行模態(tài)分析,研究軸承剛度對(duì)轉(zhuǎn)子軸臨界轉(zhuǎn)速的影響規(guī)律。針對(duì)超高速電機(jī)轉(zhuǎn)子軸動(dòng)平衡難以把握的問(wèn)題,對(duì)其進(jìn)行不平衡諧響應(yīng)分析。在計(jì)算了轉(zhuǎn)子軸的最大不平衡質(zhì)量,許用偏心距及許用不平衡量的前提下,基于轉(zhuǎn)子軸動(dòng)不平衡的假設(shè),給定不平衡質(zhì)量及偏心距,同時(shí)考慮了軸承剛度的影響,進(jìn)行諧響應(yīng)分析,研究軸承剛度對(duì)轉(zhuǎn)子軸不平衡諧響應(yīng)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(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM351

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本文編號(hào)：2213373