本發(fā)明涉及一種永磁電機可靠性計算方法，具體地說是估計永磁電機可靠度的方法。

背景技術(shù)：

隨著永磁材料的普及發(fā)展以及電力電子技術(shù)的快速發(fā)展，使得永磁電機在近年呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢，涉及汽車、數(shù)控機床、硬盤、手機等領(lǐng)域。無論永磁式步進電機廠家還是客戶，都想要知道電機的可靠度及壽命。傳統(tǒng)的電機可靠度和壽命需要經(jīng)過漫長的壽命測試以及樣本試驗完成，這種方法需要的周期過長。針對傳統(tǒng)的電機壽命測試周期漫長以及目前永磁電機可靠性預測這方面基本上還是空白的，本發(fā)明在這一方面做出了研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種永磁電機可靠性計算方法，使得針對一個永磁電機不需要經(jīng)過漫長的壽命試驗的問題，通過計算得到其可靠度，速度更快，更加方便。

技術(shù)方案

一種永磁電機可靠性計算方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：根據(jù)永磁電機故障樹，將永磁電機故障分為繞組故障、永磁體故障及軸承故障；

步驟2：計算永磁電機繞組失效率λ_p1：

λ_p1＝λ_b1π_E1π_Q1π_K1π_C1

其中，λ_b1為繞組線圈的基本失效率，π_E1為環(huán)境系數(shù)，π_Q1為質(zhì)量境系數(shù)，π_K1為種類系數(shù)，π_C1為結(jié)構(gòu)系數(shù)；

步驟3：計算永磁電機永磁體失效率λ_p2：

λ_P2＝λ_b2π_E2π_Q2

其中，λ_b2為永磁體基本失效率，π_E2為環(huán)境系數(shù)，π_Q2為環(huán)境系數(shù)；

步驟4：計算永磁電機軸承失效率λ_z(t)；

其中，f_Q為表征基本額定動載荷變化而引入的溫度系數(shù)，f_p為表征工作中的振動或沖擊引入的載荷系數(shù)，m、ε為形狀參數(shù)，n為軸承轉(zhuǎn)速，P為滾動軸承承受的當量動載荷，C為滾動軸承額定動載荷，t為壽命，C為滾動軸承額定動載荷；

步驟5：將繞組失效率、永磁體失效率和軸承失效率相加得到永磁電機總失效率為：

λ＝λ_p1+λ_p2+λ_z(t)

步驟6：認為永磁電機壽命服從指數(shù)分布，則得到永磁電機可靠度為：

R(t)＝exp(-λt)。

有益效果

本發(fā)明提出的一種永磁電機可靠性計算方法，解決了永磁電機不需要經(jīng)過漫長的壽命試驗的問題，通過計算得到其可靠度，速度更快，更加方便。

附圖說明

圖1為永磁式步進電機故障樹

圖2為定子繞組故障樹

圖3為永磁體故障樹

圖4為軸承故障樹

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述：

S1：根據(jù)永磁電機故障樹，將永磁電機故障分為繞組故障、永磁體故障及軸承故障。

S2：計算永磁電機繞組失效率λ_p1。

λ_p1＝λ_b1π_E1π_Q1π_K1π_C1

其中，λ_b1為繞組線圈的基本失效率，π_E1為環(huán)境系數(shù)，π_Q1為質(zhì)量境系數(shù)，π_K1為種類系數(shù)，π_C1為結(jié)構(gòu)系數(shù)。

S3：計算永磁電機永磁體失效率λ_p2。

λ_P2＝λ_b2π_E2π_Q2

其中，λ_b2為永磁體基本失效率，π_E2為環(huán)境系數(shù)，π_Q2為環(huán)境系數(shù)。

S4：計算永磁電機軸承失效率λ_z(t)。

其中，λ_z(t)為永磁電機軸承的失效率，它是隨時間的函數(shù)，C為滾動軸承額定動載荷，它是一個軸承尺寸和溫度有關(guān)的量，P為滾動軸承承受的當量動載荷，n為軸承轉(zhuǎn)速，認為恒定，f_Q為表征基本額定動載荷變化而引入的溫度系數(shù)，f_p為表征工作中的振動或沖擊引入的載荷系數(shù)，m、ε為形狀參數(shù)。

S5：得到永磁電機總失效率為：

λ＝λ_p1+λ_p2+λ_z(t)

S6：認為永磁電機壽命服從指數(shù)分布，則得到永磁電機可靠度為

R(t)＝exp(-λt)

S4中永磁電機軸承失效率計算，具體實現(xiàn)方式如下：

因為軸承的是主要失效形式是接觸疲勞失效，其使用大損傷時的循環(huán)次數(shù)近似地服從二次參數(shù)威爾分布：

η為軸承的特征壽命，m為形狀參數(shù)，對于球軸承m＝10/9，圓柱棍子m＝3/2，圓錐滾子軸承m＝4/3。

當軸承的可靠度R_z(t)＝exp^-1≈0.368時，壽命t稱為特征壽命，求得軸承的特征壽命，就可以得到軸承的可靠度分布函數(shù)。

對于已經(jīng)裝配在永磁電機上的軸承，型號和基本額定壽命已經(jīng)基本確定，記軸承的壽命為L₁₀。軸承的基本額定壽命是一組同型號軸承在同一條件下運轉(zhuǎn)，其可靠度為90％時，能達到或超過的壽命。

通過軸承的壽命帶入上式，計算出η，即

壽命單位為小時，對于球軸承ε＝3，滾子軸承ε＝10/3，C為滾動軸承額定動載荷，它是一個軸承尺寸和溫度有關(guān)的量，P為滾動軸承承受的當量動載荷，n為軸承轉(zhuǎn)速，認為恒定，f_Q為表征基本額定動載荷變化而引入的溫度系數(shù)，f_p為表征工作中的振動或沖擊引入的載荷系數(shù)。經(jīng)驗取值見表一與表二。

表一滾動軸承額定動載荷溫度系數(shù)表

表二滾動軸承當量動載荷系數(shù)表

經(jīng)過曲線擬合可以得到溫度系數(shù)隨溫度的關(guān)系：

f_Q＝-0.002T+1.2

其實實際工作軸承的基本額定壽命很難準確計算，不妨在電機額定轉(zhuǎn)速的情況下，計算軸承壽命:

可以得到軸承的可靠度函數(shù)為：

軸承的失效率再由可靠度函數(shù)換算得到：

便于本領(lǐng)域人員快速明白永磁電機可靠性計算方法，下面介紹一個永磁電機可靠性計算實例：

該永磁電機額定電壓為15V，功率為48W，工作溫度為負20攝氏度到正95攝氏度。

第一步，計算電機繞組失效率,由S2，依據(jù)國軍標GJB/Z 299C-2006《電子設(shè)備可靠性預計手冊》，確定λ_b1＝0.0205，π_E1＝2，π_Q1＝0.6，π_K1＝1，π_C1＝1。

求得λ_p1＝λ_b1π_E1π_Q1π_K1π_C1＝24.6(Fit)

第二步，計算永磁體失效率，有S3依據(jù)國軍標GJB/Z 299C-2006《電子設(shè)備可靠性預計手冊》，確定λ_b＝0.06，π_E＝1.5，π_Q＝0.65。

求得λ_P2＝λ_b2π_E2π_Q2＝58.5(Fit)

第三步，計算軸承的失效率，該算例中使用的軸承為大華軸承，型號是SMR1042RS，m＝10/9，ε＝3，f_Q＝1.1，f_p＝1.5，軸承徑向額定動負荷為C＝35N/cm²，因為電機所受的徑向力為3Kgf.cm²，該軸承承受的當量動負荷P＝29.4N/cm²，電機轉(zhuǎn)速為n＝300轉(zhuǎn)。

由S4，計算得到：

當電機工作40000小時，λ(40000)＝1.91×40000^1/9＝6.20(Fit)

因此電機總失效率λ＝λ_p1+λ_p2+λ_z(t)＝89.3(Fit)

因此該永磁電機可靠度：

R(40000)＝exp(-λt)＝0.996

所以該型號電機工作40000小時的可靠度為99.6％。