有限元数值模拟技术在电机转子设计中应用

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1、设计与制造·机械研究与应用·有限元数值模拟技术在电机转子设计中的应用李晓强(贵州七冶建设有限责任公司，贵州贵阳550025)摘要：运用有限元数值模拟技术，对所设计的三种导条形状下转子的受力情况进行有限元分析；研究并对比了各种情况下转子及重要部件的受力情况。有限元技术在电机产品开发中的应用大大提高了产品设计质量，对于电机产业具有重要指导意义。关键词：转子；导条；有限元中图分类号：TP34文献标识码：A文章编号：1006—4414(2010)04—0090—02Applicationoffiniteelementnumericalsimulationtechologytothedesig

2、nofrotorLiXiao—-qiang(seventhmetallurgicalconstructionCo．，Ltd，GuiyangGuizhou550025，China)Abstract：Byusingfiniteelementnumericalsimulationtechnology，thestressoftherotorcontainingbarwiththreekindofshapesisanalyzed；andthestressoftherotorandthevitalpartsarestudiedandcompared．TIIe印pheationofthefinit

3、eele-menttechnologyCanimprovethedesignqualityofelectricalproductgreatlyandithassignificancefortheelectricalmachineryindustry．Keywords：rotor；bar；finiteelement1引言工程人员开发新产品的强有力工具。基于此利用通改革开放以来，我国电机工业迅猛发展，其在工用有限元软件ANSYS，对某电机所设计出的三种形业、农业、交通运输、国防工程以及日常生活中取得了状见图1所示的铜导条转子结构及与其相连接的导广泛的应用。与此同时新技术、新材料、新结构和

4、新电环，护环进行有限元分析，并对这三种结构做对比工艺不断应用在电机设计中。随着现代工业系统的分析。这一工作将有限元技术运用在电机产品开发飞速发展，电机容量不断增加，所驱动的负载及运行前期，提高了设计质量，降低了开发成本。机制不断复杂化。这就对电机运行时的安全性、高效性、敏捷性、优质性及低耗运行提出了更高的要求。作为动力设备，电机故障不仅会损坏电机本身，严重时还会使电机停机，生产线崩溃，造成巨大的经济损失和灾难性后果。nn在电机运行时，转子导条和端环开裂是电机最主要的故障类别，约占故障种类的10％左右。电机在图1三种铜导条形状图2铜条转子整体模型启动时，导条内短时问流过强电流，不仅承受

5、很大的启动冲击力，且温度迅速升高而产生热应力。反复的2铜条转子有限元分析启动、运行、停车将使导条及转子各部件受到循环的电机在启动工作时，转子各部件(包括导条、导应力和变形，由于各部分位移量不同，受力不均匀，最电环和护环)应力来源主要来自两个方面：热应力和终导致导条、端环或相关部件因应力不均而断裂。转离心力作用下产生的应力。为此，有限元分析中载荷子导条断裂后继续使用将使相邻导条受力进一步恶来自于温度和转子角速度。2．1铜条转子有限元模型化，出现多根断条，导致电机烧坏，严重时会出现转子根据实际中所设计出的三种电机转子铜导条形扫膛而擦伤定子铁芯，导致整机报废。转子结构设计状，在Solidw

6、orks中分别建立其三维模型。然后利用和机械计算是电机设计的一个重要组成部分⋯。接口导人ANSYS，为建立有限元模型做准备J。在有限元法是当前工程技术领域中最常用且有效的数值计算方法，已成为现代工程不可或缺的重要组电机转子结构中，导条与导电环焊接；导电环与护环过盈配合(过盈量为0．2111111)，并通过周向螺栓相互成部分。尤其是在电机设计中，其强大的功能已成为收稿日期：2010—07—03作者简介：李晓强(1970一)。男，贵州贵阳人，工程师，主要从事机电技术管理与开发方面的工作。·9O·设计与制造·机械研究与应用·连接。故在有限元模型中，将导条与铁芯面及导电环2．5应力结果做粘接

7、处理，对导电环和护环做接触问题处理。铜条根据边界条件及施加载荷，在ANSYS中分别计转子整体有限元模型如图2所示。算分析三种导条形状下铜条转子应力状况。图6—8考虑到铜条转子几何结构、边界条件及载荷在圆分别为铜条转子等效应用分析显示；图9—11分别为周方向的对称性，在ANSYS中可以利用周期对称性三种导条形状下铁芯等效应力分析显示。图l2～l4只对模型的一个周期进行建模与分析，这将大大降低分别为三种导条形状下护环等效应力分析显示。有限元计算成本。在ANSY