基于ANSYS永磁调速器导磁盘静力及模态分析

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永磁调速器运用-种非接触调速技术，如图 1所示。通过磁愁合效应传递转矩，消除了电机轴和负载轴之间的机械联结因其具有节能环保的特点和易于安装、适合恶劣工况、自动过载保护以及维护成本低等显著优点，已被应用于水处理、石油化工、电力、建筑、造纸、采矿、船舶、水泥等行业↑年来，许多学者对永磁调速器做了大量研究工作，这些研究主要是围绕提高传递转矩和减少涡流损耗 。为了提高传递转矩，通过法兰与电机轴联接的导磁盘大多采用夹层结构，如图 2所示。导磁盘设计好坏对永磁调速器运行稳定性影响极其重要 ，需要导磁盘满足较高的抗振性能。传统导磁盘的设计主要是采用传统公式计算，利用三维设计软件作图，很少从静力学和动力学角度研究导磁盘，分析导磁盘的结构尺寸对永磁调速器强度、变形和振动性能的影响，因此进行了导磁盘静力和动力学方面的研究。

2导磁盘静力分析2.1创建导磁盘实体模型对设计出的 l10kW永磁调速器(调速范围(750～1500)r/min)的导磁盘，采用UG三维软件建立三维实体模型，如图3所示。

图 I永磁调速器 图2夹层结构导磁盘Fig.1 Permanent Magnet Fig.2 Sandwich Constructionof Governor of Magnetic Disk2.2模型的网格划分实体模型的建立是为生成符合实际情况单元和节点的网格，- 般分为三步日：(1)模型导人；(2)定义材料属性；(3)生成网格。首先采用 UG与 ANSYS之间良好的数据接 口将实体模 型导人ANSYS中，选择模型单位为mm。导磁铜盘材料为ZCuSnl0P1，导磁外盘和限距肩为 45#钢。查表得 ZCuSnl0P1的弹性模量为Ell13MPa，泊松比 1o.32；45#钢的弹性模量为E2206MPa，泊松来稿 日期：2012-08-1 1作者简介：路 韬，(1984-)，男，湖北荆门人，硕士研究生，主要研究方向：电磁机械设计80 机械 设 计 与制 造No.6June.2013从表2可以看出，在上述约束方式下，尽管导磁盘的各阶频率相差不大，但导磁盘-阶固有频率为56.582Hz，而外界电动机的激振频率不大于 30Hz，说明永磁调速器可较好的避免共振。从振型可以看出-阶时导磁盘整体沿轴线产生扭转变形，左侧导磁外盘卸处为支撑；二、三阶时导磁盘右侧整体沿径向产生摆动变形，导磁盘左侧为支撑；四阶时导磁盘整体沿轴线产生扭转变形，右侧导磁外盘产生扭转较左侧明显；五阶时导磁盘右侧沿轴线产生拉伸变形，左侧导磁为支撑；六阶时导磁盘右侧沿轴线产生上下摆动，左侧导磁为支撑。

表 2导磁盘的六阶固有频率Tab.2 Six Order Natural Frequency of Magnetic Disk4结论通过对设计的导磁盘进行有限元静力 、动力学分析，可以看出该导磁盘在静载荷作用下，静态应力值也远远导磁盘材料的许用应力值，变形量很小，强度和刚度满足设计要求。该导磁盘模态分析说明其具有较高固有频率，正常运行过程中不会发生共振现象。从模态振型变化可以看到，导磁盘沿轴线方向的摆动变形和轴向移动对调速过程有较大影响，需要在结构设计时注意进-步完善。