[发明专利]基于标记点的电机磁固热多场耦合振动分析方法

说明书

本发明公开了一种基于标记点的电机磁固热多场耦合振动分析方法，采用了一种“标记”技术，对完成网格划分后的电机结构场网格节点进行标记，形成的标记点在整个计算中不再变化，但标记点绝对位置会根据电机结构的振动及运动进行更新；设定各个标记点新的位置为电磁场及温度场分析时结构场上的网格节点，对与电机结构场不重合的电磁场及温度场求解域采用网格的自动剖分和加密，从而分析电磁场分布，得到各标记点上的电磁力；最后将各标记点上的电磁力施加到对应标记点的结构场模型之上，得到电机的振动响应，循环迭代计算。本发明提出了磁固热多场耦合分析方法中节点标记方法和快速计算的方法，能够更精确高效地计算出电机的振动特性。

技术领域

本发明属于电机磁固热多场耦合分析领域，尤其是涉及一种基于标记点的电机磁固热多场耦合振动分析方法。

背景技术

电机振动性能是衡量电机品质的一个重要标准。其中，电磁振动又是引发电机振动的主要原因之一。目前电机电磁力的计算一般不考虑电机结构场、电磁场与温度场之间的耦合作用，大多是在给定转子的偏心量及相对位置条件下，分析电机的电磁场，进而得到电磁力。这种方法只适合转子的运动始终为同步圆轨道且不考虑定子变形影响的情况。然而这种分析手段势必会导致对电机振动响应特性的分析不够精确的问题。因此，对电机电磁振动的分析必须要结合将其电磁场、结构场和温度场进行耦合分析。

电机的磁固热耦合方法分为磁固热弱耦合(顺序耦合分析法)和磁固热强耦合分析方法，目前应用较为普遍的是弱磁固热耦合方法，这种方法虽然计算量小，但是计算精度不高，只体现了电磁场、温度场与结构场之间的单向影响。本文提出了一种基于标记点的电机磁固热多场耦合振动分析方法，相较于前者，具有更高的计算精度，通过循环迭代，计入了电磁场、结构场及温度场之间的双向影响，更能反映电机实际运转过程中的电磁热的振动特性。

振动是某给点观察点的位移随时间的变化，如果在电机结构的振动计算中采用网格自动剖分，那么每次剖分就难以保证观察点是同一个。另外，电机电磁场、温度场的求解域与电机结构振动场的求解域是不同的，在这多个场的分析过程中，难以保证求解域中网格的对应，特别是在电机气隙磁场和温度场的分析中还会采用网格自动剖分及网格加密措施，那么将电磁场分析得到的电机定、转子表面上每个网格节点上的电磁力和温度场分析得到的位移变形施加到电机结构的对应节点上将涉及到复杂的数据传递。本发明采用的一种基于标记点的电机磁固热多场耦合振动分析方法，该方法采用了节点“标记”方法，能够很好的解决电磁场、温度场及结构场之间网格对应和数据传递的问题，从而为实现真正的电机电磁振动磁固热强耦合分析提供方法基础。

发明内容

本发明提供了一种基于标记点的电机磁固热多场耦合振动分析方法，通过运用标记技术，保证了剖分后的振动观察点唯一确定，同时实现了电磁场、温度场与结构场网格节点的对应与数据传递。进一步的利用电磁场和结构场之间的循环迭代，分析系统达到稳定时的振动特性，实现对电机电磁振动和热变形特性精确分析的目的。

本发明的技术方案如下：一种基于标记点的电机磁固热多场耦合振动分析方法，该方法采用了一种“标记”技术，对完成网格划分后的电机结构场网格节点进行标记，形成的标记点在整个计算中的相对位置不再变化，但标记点绝对位置会根据电机结构的运动、振动及热变形进行更新；将各个标记点上由转子运动产生的位移、由振动产生的位移及由热变形产生的位移进行矢量合成，得到各个标记点的新位置；各个标记点新的位置为电磁场和温度场分析时与电机结构场重合部分的网格节点，对与电机结构场不重合的电磁场和温度场求解域采用网格的自动剖分和加密，进行电磁场和温度场的分析，所述与电机结构场不重合的电磁场和温度场求解域包括电机的内外气隙、定子槽，然后得到结构域上各标记点上的电磁力；最后将各标记点上的电磁力施加到对应标记点的结构场模型上，得到电机的振动响应，循环迭代计算直到电机的振动响应达到稳态为止。

进一步地，循环迭代计算的具体过程包括：

(1)根据电机的参数和结构，在有限元软件中建立电机的二维或三维结构模型。