一种永磁电机可靠性计算方法技术

本发明专利技术公开了一种永磁电机可靠性计算方法，首先根据电机系统的故障树，将永磁电机故障模式主要分为：绕组绝缘故障、永磁体故障及轴承故障。分别计算以上三种故障模式下的失效率，最后通过失效率计算得到永磁电机的可靠度。本发明专利技术的显著效果是：分别评估三种故障模式下的失效率，提高了可靠评估的准确性，大大缩短了永磁电机可靠性评估时间与周期，而且具有较好的通用性。

A reliability calculation method of permanent magnet motor

The invention discloses a method for calculating the reliability of a permanent magnet motor. Firstly, according to the fault tree of the motor system, the fault modes of the permanent magnet motor are mainly divided into the winding insulation fault, the permanent magnet fault and the bearing fault. The failure rates of the above three failure modes are calculated respectively. Finally, the reliability of the permanent magnet motor is calculated by the failure rate. The remarkable effects of the invention are: evaluation of three kinds of failure modes of the failure rate, improve the accuracy of reliability assessment, greatly shorten the time and reliability evaluation of permanent magnet motor cycle, but also has good versatility.

【技术实现步骤摘要】
一种永磁电机可靠性计算方法
本专利技术涉及一种永磁电机可靠性计算方法，具体地说是估计永磁电机可靠度的方法。
技术介绍
随着永磁材料的普及发展以及电力电子技术的快速发展，使得永磁电机在近年呈现出快速发展的趋势，涉及汽车、数控机床、硬盘、手机等领域。无论永磁式步进电机厂家还是客户，都想要知道电机的可靠度及寿命。传统的电机可靠度和寿命需要经过漫长的寿命测试以及样本试验完成，这种方法需要的周期过长。针对传统的电机寿命测试周期漫长以及目前永磁电机可靠性预测这方面基本上还是空白的，本专利技术在这一方面做出了研究。
技术实现思路
要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是提供一种永磁电机可靠性计算方法，使得针对一个永磁电机不需要经过漫长的寿命试验的问题，通过计算得到其可靠度，速度更快，更加方便。技术方案一种永磁电机可靠性计算方法，其特征在于步骤如下：步骤1：根据永磁电机故障树，将永磁电机故障分为绕组故障、永磁体故障及轴承故障；步骤2：计算永磁电机绕组失效率λp1：λp1＝λb1πE1πQ1πK1πC1其中，λb1为绕组线圈的基本失效率，πE1为环境系数，πQ1为质量境系数，πK1为种类系数，πC1为结构系数；步骤3：计算永磁电机永磁体失效率λp2：λP2＝λb2πE2πQ2其中，λb2为永磁体基本失效率，πE2为环境系数，πQ2为环境系数；步骤4：计算永磁电机轴承失效率λz(t)；其中，fQ为表征基本额定动载荷变化而引入的温度系数，fp为表征工作中的振动或冲击引入的载荷系数，m、ε为形状参数，n为轴承转速，P为滚动轴承承受的当量动载荷，C为滚动轴承额定动载荷，t为寿命，C为滚动轴承额定动载荷；步骤5：将绕组失效率、永磁体失效率和轴承失效率相加得到永磁电机总失效率为：λ＝λp1+λp2+λz(t)步骤6：认为永磁电机寿命服从指数分布，则得到永磁电机可靠度为：R(t)＝exp(-λt)。有益效果本专利技术提出的一种永磁电机可靠性计算方法，解决了永磁电机不需要经过漫长的寿命试验的问题，通过计算得到其可靠度，速度更快，更加方便。附图说明图1为永磁式步进电机故障树图2为定子绕组故障树图3为永磁体故障树图4为轴承故障树具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：S1：根据永磁电机故障树，将永磁电机故障分为绕组故障、永磁体故障及轴承故障。S2：计算永磁电机绕组失效率λp1。λp1＝λb1πE1πQ1πK1πC1其中，λb1为绕组线圈的基本失效率，πE1为环境系数，πQ1为质量境系数，πK1为种类系数，πC1为结构系数。S3：计算永磁电机永磁体失效率λp2。λP2＝λb2πE2πQ2其中，λb2为永磁体基本失效率，πE2为环境系数，πQ2为环境系数。S4：计算永磁电机轴承失效率λz(t)。其中，λz(t)为永磁电机轴承的失效率，它是随时间的函数，C为滚动轴承额定动载荷，它是一个轴承尺寸和温度有关的量，P为滚动轴承承受的当量动载荷，n为轴承转速，认为恒定，fQ为表征基本额定动载荷变化而引入的温度系数，fp为表征工作中的振动或冲击引入的载荷系数，m、ε为形状参数。S5：得到永磁电机总失效率为：λ＝λp1+λp2+λz(t)S6：认为永磁电机寿命服从指数分布，则得到永磁电机可靠度为R(t)＝exp(-λt)S4中永磁电机轴承失效率计算，具体实现方式如下：因为轴承的是主要失效形式是接触疲劳失效，其使用大损伤时的循环次数近似地服从二次参数威尔分布：η为轴承的特征寿命，m为形状参数，对于球轴承m＝10/9，圆柱棍子m＝3/2，圆锥滚子轴承m＝4/3。当轴承的可靠度Rz(t)＝exp-1≈0.368时，寿命t称为特征寿命，求得轴承的特征寿命，就可以得到轴承的可靠度分布函数。对于已经装配在永磁电机上的轴承，型号和基本额定寿命已经基本确定，记轴承的寿命为L10。轴承的基本额定寿命是一组同型号轴承在同一条件下运转，其可靠度为90％时，能达到或超过的寿命。通过轴承的寿命带入上式，计算出η，即寿命单位为小时，对于球轴承ε＝3，滚子轴承ε＝10/3，C为滚动轴承额定动载荷，它是一个轴承尺寸和温度有关的量，P为滚动轴承承受的当量动载荷，n为轴承转速，认为恒定，fQ为表征基本额定动载荷变化而引入的温度系数，fp为表征工作中的振动或冲击引入的载荷系数。经验取值见表一与表二。表一滚动轴承额定动载荷温度系数表表二滚动轴承当量动载荷系数表经过曲线拟合可以得到温度系数随温度的关系：fQ＝-0.002T+1.2其实实际工作轴承的基本额定寿命很难准确计算，不妨在电机额定转速的情况下，计算轴承寿命:可以得到轴承的可靠度函数为：轴承的失效率再由可靠度函数换算得到：便于本领域人员快速明白永磁电机可靠性计算方法，下面介绍一个永磁电机可靠性计算实例：该永磁电机额定电压为15V，功率为48W，工作温度为负20摄氏度到正95摄氏度。第一步，计算电机绕组失效率,由S2，依据国军标GJB/Z299C-2006《电子设备可靠性预计手册》，确定λb1＝0.0205，πE1＝2，πQ1＝0.6，πK1＝1，πC1＝1。求得λp1＝λb1πE1πQ1πK1πC1＝24.6(Fit)第二步，计算永磁体失效率，有S3依据国军标GJB/Z299C-2006《电子设备可靠性预计手册》，确定λb＝0.06，πE＝1.5，πQ＝0.65。求得λP2＝λb2πE2πQ2＝58.5(Fit)第三步，计算轴承的失效率，该算例中使用的轴承为大华轴承，型号是SMR1042RS，m＝10/9，ε＝3，fQ＝1.1，fp＝1.5，轴承径向额定动负荷为C＝35N/cm2，因为电机所受的径向力为3Kgf.cm2，该轴承承受的当量动负荷P＝29.4N/cm2，电机转速为n＝300转。由S4，计算得到：当电机工作40000小时，λ(40000)＝1.91×400001/9＝6.20(Fit)因此电机总失效率λ＝λp1+λp2+λz(t)＝89.3(Fit)因此该永磁电机可靠度：R(40000)＝exp(-λt)＝0.996所以该型号电机工作40000小时的可靠度为99.6％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁电机可靠性计算方法，其特征在于步骤如下：步骤1：根据永磁电机故障树，将永磁电机故障分为绕组故障、永磁体故障及轴承故障；步骤2：计算永磁电机绕组失效率λ

【技术特征摘要】
1.一种永磁电机可靠性计算方法，其特征在于步骤如下：步骤1：根据永磁电机故障树，将永磁电机故障分为绕组故障、永磁体故障及轴承故障；步骤2：计算永磁电机绕组失效率λp1：λp1＝λb1πE1πQ1πK1πC1其中，λb1为绕组线圈的基本失效率，πE1为环境系数，πQ1为质量境系数，πK1为种类系数，πC1为结构系数；步骤3：计算永磁电机永磁体失效率λp2：λP2＝λb2πE2πQ2其中，λb2为永磁体基本失效率，πE2为环境系数，πQ2为环境系数；步骤4：计算永磁电机轴承失效率λz(t)；

【专利技术属性】
技术研发人员：付朝阳，张晓康，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61