一種srm定子模態(tài)有限元建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建模技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種SRM定子模態(tài)有限元建模方法。
【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。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SRM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SRM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SRM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。然而在SRM定子的有限元模態(tài)計(jì)算中仍然存在一定的問題，其原 因在于，以往SRM定子的有限元模態(tài)建模常忽略定子繞組，這無法準(zhǔn)確地反映其固有頻率 與相應(yīng)的模態(tài)振型，導(dǎo)致計(jì)算誤差較大。在實(shí)際電機(jī)中，繞組與鐵心雖是緊密連接，但仍然 存在間隙。當(dāng)定子鐵心振動幅度較小時，繞組并不會隨之振動，只有當(dāng)振動幅度達(dá)到一定程 度時，繞組將與鐵心一起振動，因此如何考慮繞組與鐵心之間的連接是SRM定子有限元模 態(tài)計(jì)算的難點(diǎn)，這一難點(diǎn)在單繞組、雙繞組無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)定子模態(tài)數(shù)值分析建模研 究中同樣存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種SRM定子模態(tài)有限元建模方法，考慮 了繞組與鐵心之間的連接，獲得的SRM定子模態(tài)參數(shù)更精確，為降低振動和減小電機(jī)噪聲 奠定了基礎(chǔ)。
[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種SRM定子模態(tài)有限元建模方法，包括：
[0008] 依據(jù)樣機(jī)尺寸，建立計(jì)及繞組、散熱筋和底座的SRM定子三維有限元模型；
[0009] 根據(jù)所述SRM定子三維有限元模型計(jì)算得到Pinball半徑；
[0010] 依據(jù)所述Pinball半徑，在所述SRM定子三維有限元模型中將定子鐵心和定子繞 組綁定連接；其中，若定子繞組與定子鐵心之間間隙小于Pinball半徑，則定子繞組與定子 鐵心是相互綁定狀態(tài)，反之，定子繞組與定子鐵心均處于自由無約束狀態(tài)；
[0011] 對SRM定子三維有限元模型的數(shù)值進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，獲得振動固有頻率及相應(yīng)的模 態(tài)振型，實(shí)現(xiàn)SRM定子模態(tài)有限元建模。
[0012] 進(jìn)一步的，所述根據(jù)所述SRM定子三維有限元模型計(jì)算得到Pinball半徑，具體包 括：
[0013] 利用有限元軟件ANSYS自帶的程序控制方式對所述SRM定子三維有限元模型進(jìn)行 計(jì)算得到Pinball半徑。
[0014] 進(jìn)一步的，所述依據(jù)所述Pinball半徑，在所述SRM定子三維有限元模型中將定子 鐵心和定子繞組綁定連接，具體包括：
[0015] 利用有限元軟件ANSYS，依據(jù)所述Pinball半徑，在所述SRM定子三維有限元模型 中將定子鐵心和定子繞組綁定連接。
[0016] 實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果：與現(xiàn)有SRM定子模態(tài)分析所建模型相比，本發(fā)明 更加接近SRM物理模型，計(jì)算結(jié)果更為精確，更加具有工程實(shí)用價值，且可推廣應(yīng)用于單繞 組、雙繞組無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)定子模態(tài)數(shù)值分析建模研究，為降低振動和減小電機(jī)噪聲 奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0017] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018] 圖1是本發(fā)明提供的SRM定子模態(tài)有限元建模方法的一個實(shí)施例的流程示意圖；
[0019] 圖2為計(jì)及繞組、散熱筋和底座的SRM定子三維實(shí)體模型；
[0020] 圖3為SRM第二階振型圖；
[0021] 圖4為SRM第三階振型圖；
[0022] 圖5為SRM第四階振型圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024] 圖1是本發(fā)明提供的SRM定子模態(tài)有限元建模方法的一個實(shí)施例的流程示意圖， 如圖1所示，包括：
[0025] S101、依據(jù)樣機(jī)尺寸，建立計(jì)及繞組、散熱筋和底座的SRM定子三維有限元模型。
[0026] 其中，本實(shí)施例中，以6/4極SRM為例，其定子鐵心外徑：130mm;內(nèi)徑：68mm;齒極 高度：18. 7mm;鐵心長度：110mm。
[0027] SRM定子三維有限元模型的建立是現(xiàn)有技術(shù)，可采用現(xiàn)有軟件或方法實(shí)現(xiàn)，建立的 SRM定子三維有限元模型如圖2所示。
[0028] S102、根據(jù)所述SRM定子三維有限元模型計(jì)算得到Pinball半徑。
[0029] 具體的，步驟S102包括步驟：利用有限元軟件ANSYS自帶的程序控制方式對所述 SRM定子三維有限元模型進(jìn)行計(jì)算得到Pinball半徑?？梢岳斫獾?，也可以采用其他軟件或 方法實(shí)現(xiàn)Pinball半徑的計(jì)算。
[0030] S103、依據(jù)所述Pinball半徑，在所述SRM定子三維有限元模型中將定子鐵心和定 子繞組綁定連接。
[0031] 其中，若定子繞組與定子鐵心之間間隙小于Pinball半徑，則定子繞組與定子鐵 心是相互綁定狀態(tài)，反之，定子繞組與定子鐵心均處于自由無約束狀態(tài)。
[0032] 具體的，步驟"依據(jù)所述Pinball半徑，在所述SRM定子三維有限元模型中將定子 鐵心和定子繞組綁定連接"，具體包括步驟：利用有限元軟件ANSYS，依據(jù)所述Pinball半 徑，在所述SRM定子三維有限元模型中將定子鐵心和定子繞組綁定連接?？梢岳斫獾模部?以采用其他軟件或方法實(shí)現(xiàn)定子鐵心和定子繞組綁定連接。
[0033] S104、對SRM定子三維有限元模型的數(shù)值進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，獲得振動固有頻率及相 應(yīng)的模態(tài)振型，實(shí)現(xiàn)SRM定子模態(tài)有限元建模。
[0034] 其中，模態(tài)計(jì)算是根據(jù)給定的材料性能參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。振動固有頻率及相應(yīng)的模 態(tài)振型可以比較準(zhǔn)確地反映SRM定子的真實(shí)模態(tài)信息。
[0035] 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)m= 0的振型，即軸向無變形的振型，如圖3-圖5所示。圖3 (a)、圖3 (c)、圖3 (e)和圖 3 (g)是二階振型的定子截面視圖，圖3 (b)、圖3 (d)、圖3 (f)和圖3 (h)是其相應(yīng)的三維立體 視圖；圖4(a)和圖4(c)是三階振型的定子截面視圖，圖4(b)和圖4(d)是其相應(yīng)的三維立 體視圖；圖5(a)和圖5(c)是四階振型的定子截面視圖，圖5(b)和圖5(d)是其相應(yīng)的三維 立體視圖
[0036] SRM定子模態(tài)分析結(jié)果如表一所不。
[0037] 表1模態(tài)頻率與其相應(yīng)振型階數(shù)
[0038]
[0040] 實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果：與現(xiàn)有SRM定子模態(tài)分析所建模型相比，本發(fā)明 更加接近SRM物理模型，計(jì)算結(jié)果更為精確，更加具有工程實(shí)用價值，且可推廣應(yīng)用于單繞 組、雙繞組無軸承開關(guān)磁阻電機(jī)定子模態(tài)數(shù)值分析建模研究，為降低振動和減小電機(jī)噪聲 奠定了基礎(chǔ)。
[0041] 需要說明的是，在本文中，術(shù)語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意在涵蓋非排 他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者裝置不僅包括那些要素，而 且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者裝置所固有 的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個……"限定的要素，并不排除在包括 該要素的過程、方法、物品或者裝置中還存在另外的相同要素。
[0042] 對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的 一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明 將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一 致的最寬的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種SRM定子模態(tài)有限元建模方法，其特征在于，包括： 依據(jù)樣機(jī)尺寸，建立計(jì)及繞組、散熱筋和底座的SRM定子三維有限元模型； 根據(jù)所述SRM定子三維有限元模型計(jì)算得到Pinball半徑； 依據(jù)所述Pinball半徑，在所述SRM定子三維有限元模型中將定子鐵心和定子繞組綁 定連接；其中，若定子繞組與定子鐵心之間間隙小于Pinball半徑，則定子繞組與定子鐵心 是相互綁定狀態(tài)，反之，定子繞組與定子鐵心均處于自由無約束狀態(tài)； 對SRM定子三維有限元模型的數(shù)值進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，獲得振動固有頻率及相應(yīng)的模態(tài)振 型，實(shí)現(xiàn)SRM定子模態(tài)有限元建模。2. 如權(quán)利要求1所述的SRM定子模態(tài)有限元建模方法，其特征在于，所述根據(jù)所述SRM 定子三維有限元模型計(jì)算得到Pinball半徑，具體包括： 利用有限元軟件ANSYS自帶的程序控制方式對所述SRM定子三維有限元模型進(jìn)行計(jì)算 得到Pinball半徑。3. 如權(quán)利要求1所述的SRM定子模態(tài)有限元建模方法，其特征在于，所述依據(jù)所述 Pinball半徑，在所述SRM定子三維有限元模型中將定子鐵心和定子繞組綁定連接，具體包 括： 利用有限元軟件ANSYS，依據(jù)所述Pinball半徑，在所述SRM定子三維有限元模型中將 定子鐵心和定子繞組綁定連接。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種SRM定子模態(tài)有限元建模方法，包括：依據(jù)樣機(jī)尺寸，建立計(jì)及繞組、散熱筋和底座的SRM定子三維有限元模型；根據(jù)所述SRM定子三維有限元模型計(jì)算得到Pinball半徑；依據(jù)所述Pinball半徑，在所述SRM定子三維有限元模型中將定子鐵心和定子繞組綁定連接；對SRM定子三維有限元模型的數(shù)值進(jìn)行模態(tài)計(jì)算，獲得振動固有頻率及相應(yīng)的模態(tài)振型，實(shí)現(xiàn)SRM定子模態(tài)有限元建模。本發(fā)明考慮了繞組與鐵心之間的連接，獲得的SRM定子模態(tài)參數(shù)更精確，為降低振動和減小電機(jī)噪聲奠定了基礎(chǔ)。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105373675
【申請?zhí)枴緾N201510900510
【發(fā)明人】譚超, 王宏華, 陳凌, 路天航
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月9日