[发明专利]一种电机叠片铁芯振动特性试验系统与振动特性获得方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机叠片铁芯振动特性试验系统与振动特性获得方法，属于电机结构设计领域，适用于电机结构设计中叠片铁芯振动特性的获得并可以指导电机叠片铁芯振动特性试验。

背景技术

大型电机定子铁芯一般由薄的硅钢片冲制后叠压而成，其材料特性为正交各向异性，主方向上的弹性模量不相等，各种绕组绕制或嵌入在叠片铁芯上，而绕组又是由韧性较大的铜材料组成。由于叠片铁芯结构的不连续以及铜线绕组的非线性，使得对大型电机定子铁芯振动特性的研究，不论是试验研究还是仿真研究都存在困难，尤其是仿真计算时叠片铁芯和铜线绕组材料参数的确定以及铁芯叠片结构的等效建模方式。鉴于电机定子铁芯结构和材料的复杂性，目前传统的电机定子铁芯振动特性研究中，试验研究往往布点较疏，没有考虑叠片引起的轴向节点的影响，仿真计算建模时往往忽略了叠片和绕组的各项异性与非线性特性，以及浸漆带来的影响，以均匀圆筒结构代替，材料特性为同性材料，并取经验值，这样计算得到的振动特性与实际电机叠片铁芯的振动特性相差较大，计算模型的准确性有待提高。并且目前还没有将试验研究和仿真研究结合起来获得电机叠片铁芯振动特性的方法。

发明内容

本发明的目的在于，克服上述传统方法的不足，提供一种充分考虑电机定子铁芯叠片结构的试验方法及系统，对铁芯周向及轴向布点要求加以说明，便于指导后续定子铁芯的振动特性试验。同时在此试验结果的基础上，提供一种利用优化的方法进行电机叠片铁芯振动特性获得的方法，充分考虑电机定子铁芯的叠片结构、绕组材料以及浸漆带来的非线性，从铁芯本身和绕组的材料参数出发，通过优化的方法得出其材料参数的推荐取值，大大提高了计算模型的准确性。

本发明的技术方案是：

一种电机叠片铁芯振动特性试验系统，将加速度传感器布置在定子铁芯外表面，布点较常规结构密集，周向测点一般沿圆周24～36个，轴向测点一般间隔30mm～40mm布置，用力锤作激励，力锤信号与加速度信号同时与数据采集前端连接，数据采集前端与模态分析软件连接。。

一种电机叠片铁芯振动特性获得方法，其特征在于，采用正交试验的原理，分别进行了扇形和圆形两种结构型式下定子铁芯不同叠压系数、有无绕组及浸漆前后的模态测试，并以模态测试后的试验结果为依据，利用优化的方法来获得电机定子铁芯的振动特性，包括以下步骤：

步骤1，以圆筒结构代替叠片结构建立定子铁芯的几何模型，并划分有限元网格，电机铁芯的层状效应、绕组及浸漆对铁芯振动特性的影响均通过材料参数（杨氏模量、剪切模量以及泊松比）反映；

步骤2，定义电机叠片铁芯的材料模型为横观同性材料模型，确定其独立的材料参数为Ex、Ez、Gxy、Gxz和Pxz 五个参数； E为弹性模量，G为剪切模量，P为泊松比，下标代表不同方向；

步骤3，通过敏感度分析确定电机铁芯在不同叠压系数、有无绕组及浸漆前后等状态下的优化参数；不同叠压系数下优化得到的材料参数的推荐值是不一样的，绘制得到材料参数随叠压系数变化的曲线，后续进行仿真计算时，查图得到材料参数的推荐取值，带入有限元模型进行计算；

步骤4，将有限元仿真软件与优化软件的输入输出参数建立关联，输入为材料参数，输出为模态频率，建立优化流程；

步骤5，以模态试验结果为依据，选用绝对值求和法或最小二乘法来构建目标函数，当优化参数仅与一阶振型相关度较高时，则针对此阶频率建立单目标函数，当优化参数与多阶振型相关度较高时，则建立多目标函数；

步骤6，选择合适的优化算法迭代计算得到材料参数推荐值，建立单目标函数时选用自适应响应面算法，建立多目标函数时选用帕累托边界算法。

本方法分别进行了扇形和圆形两种结构型式下定子铁芯不同叠压系数、有无绕组及浸漆前后的模态测试。整个悬挂系统的固有频率应小于定子铁芯一阶固有频率的1/5，并且电机铁芯测量点布置一般要较常规结构密集，周向测点一般沿圆周24～36个，轴向测点一般间隔30mm～40mm布置。