碳纤维缠绕电机转子的圆度误差对风摩影响

高速大功率电机由于省去了复杂的齿轮增速箱等中间传动环节,实现直驱,具有结构紧凑、传动效率高、振动噪声小、故障率低、易于实现在线监控等显著的技术优势,在离心式鼓风机和压缩机、新能源汽车、航空航天等领域具有十分广泛的用途。永磁同步电机相比于异步电机转子原理上不发热,效率高,功率密度大,代表了未来电机的发展方向。

永磁同步电机转子永磁体因高速旋转而受到强大的离心力作用。为防止转子永磁体损坏乃至造成飞出等安全事故,通常采用碳纤维护套或钢制合金护套将其紧固。相对钢制合金护套,碳纤维护套具有抗拉强度高、无涡流损耗、热变形系数小等优点,更加适合高速永磁转子。由于碳纤维材料热膨胀系数小,加工成套不易装配,因此护套一般采用绑扎工艺进行制作。绑扎后护套外表面不进行机械加工处理,会存在较大圆度误差,对转子表面风摩损耗和电机温度场具有重要影响,进而影响永磁体的不可逆退磁和电机运行的安全可靠性。

研究碳纤维护套圆度误差对转子表面风摩损耗的影响时,仅改变圆度误差的类型和幅值,电机其它参数保持不变。利用CFD方法计算得到的转速为30000r/min时两种类型圆度误差条件下转子表面风摩损耗的比较曲线图,发现圆度误差幅值从0增大到0.5mm,在相同的圆度误差幅值条件下对比,椭圆形比三叶型圆度误差情况下的转子表面风摩损耗更大,且圆度误差幅值为0.50mm时两者差值最大,为1.63%。原因在于椭圆形的圆度误差比三叶形的在结构尺寸上对气隙的影响稍大,在相同幅值下平均气隙厚度更小,导致转子表面风摩损耗增大。

随着永磁体护套圆度误差幅值的增加,转子表面风摩损耗也相应增加。圆度误差幅值为0.5mm比圆度误差幅值为0时电机转子表面风摩损耗增加了22.77%。圆度误差幅值的增大,导致气隙流场压力分布不均,从而导致内壁面的切应力和转子表面风摩损耗增大。

研究强制风冷入口速度对转子表面风摩损耗的影响时,仅改变强制风冷入口速度,电机其它参数保持不变。其中转子转速为30000r/min,碳纤维护套圆度误差幅值依次为0、0.2mm和0.4mm。通过电机气隙内流场的CFD仿真得到转子表面风摩损耗随强制风冷入口速度的变化曲线,发现随着电机强制风冷入口速度的不断增大,转子表面风摩损耗基本保持不变。原因是在进出风口面积不变的情况下,电机强制风冷入口速度对气隙入口速度的影响较小。而气隙入口速度主要影响粘性切应力的大小。当气隙入口速度较小时,对粘性切应力的影响不明显,即对湍流切应力和转子表面风摩损耗的影响较小。返回搜狐,查看更多

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