非晶合金电机的电磁-结构耦合动力学建模方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种非晶合金电机的电磁‑结构耦合动力学建模方法及系统，该方法包括：获取非晶合金电机的初始磁场分布和结构变形参数；根据初始磁场分布和结构变形参数计算非晶合金电机的非晶铁心的电磁力；获取非晶合金电机的应变关系和磁感应强度关系，根据应变关系和磁感应强度关系计算磁致伸缩力；根据非晶合金电机的磁场能、机械能、电流位能、电磁力做功的能量和磁致弹性能计算系统能量函数；根据变分原理将系统能量函数关于磁场和位移变分求极值获得电磁‑结构耦合动力学方程，并建立电磁‑结构耦合动力学模型。该方法考虑非晶合金电机磁致伸缩效应和电磁力，建立非晶合金电机电磁‑结构耦合动力学模型，揭示非晶合金电机电磁振动机理。

Modeling Method and System of Electromagnetic-Structural Coupling Dynamics for Amorphous Alloy Motor

【技术实现步骤摘要】
非晶合金电机的电磁-结构耦合动力学建模方法及系统
本专利技术涉及机械动力学与振动
，特别涉及一种非晶合金电机的电磁-结构耦合动力学建模方法及系统。
技术介绍
全球能源危机和环境问题日益严峻，电机的高效节能受到极大关注。非晶合金材料具有优异性能，将其应用于电机定子铁心以替代传统硅钢片材料时，可显著降低电机的铁耗，提高电机效率和功率密度，特别是对于高速高频电机。非晶合金电机在航空航天、军用车辆、船舰发电、电机驱动、通讯基站、应急电源和轨道牵引等重要领域具有巨大潜在应用价值。然而，非晶合金铁心的磁致伸缩系数较硅钢片显著增大，非晶铁心不能过分压紧，由磁致伸缩引起的振动噪声问题已成为行业发展瓶颈。现有的理论建模方法侧重于电磁力的分析和研究，近些年的工程实践发现磁致伸缩效应对电机的振动噪声有重要影响，因此需要建立非晶合金电机完整的电磁-结构耦合动力学模型。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种非晶合金电机的电磁-结构耦合动力学建模方法，该方法考虑非晶合金电机磁致伸缩效应和电磁力，建立非晶合金电机电磁-结构耦合动力学模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非晶合金电机的电磁‑结构耦合动力学建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取非晶合金电机的初始磁场分布和结构变形参数；S2，根据所述初始磁场分布和结构变形参数计算所述非晶合金电机的非晶铁心的电磁力；S3，获取所述非晶合金电机的应变关系和磁感应强度关系，根据所述应变关系和磁感应强度关系计算磁致伸缩力；S4，获取所述非晶合金电机的磁场能、机械能和电流位能，根据所述非晶铁心的电磁力计算所述非晶合金电机的电磁力做功的能量，根据所述非晶铁心的所述磁致伸缩力计算磁致弹性能，并根据所述磁场能、所述机械能、所述电流位能、所述电磁力做功的能量和所述磁致弹性能计算系统能量函数；S5，根据变分原理将所述...

【技术特征摘要】
1.一种非晶合金电机的电磁-结构耦合动力学建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，获取非晶合金电机的初始磁场分布和结构变形参数；S2，根据所述初始磁场分布和结构变形参数计算所述非晶合金电机的非晶铁心的电磁力；S3，获取所述非晶合金电机的应变关系和磁感应强度关系，根据所述应变关系和磁感应强度关系计算磁致伸缩力；S4，获取所述非晶合金电机的磁场能、机械能和电流位能，根据所述非晶铁心的电磁力计算所述非晶合金电机的电磁力做功的能量，根据所述非晶铁心的所述磁致伸缩力计算磁致弹性能，并根据所述磁场能、所述机械能、所述电流位能、所述电磁力做功的能量和所述磁致弹性能计算系统能量函数；S5，根据变分原理将所述系统能量函数关于磁场和位移变分求极值获得电磁-结构耦合动力学方程，并建立电磁-结构耦合动力学模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电磁力由所述非晶合金电机的定子、转子间综合不均匀气隙引起的气隙磁场产生，计算依据为麦克斯韦方程组；所述S2，进一步包括：若径向等效磁致伸缩应变为εr0(α,t)，则综合不均匀气隙长度为：δc(α,t)＝δ(α,t)-εr0(α,t)其中，δ(α,t)是初始不均匀气隙；综合不均匀气隙对应的气隙磁导和气隙磁密分布为：B(α,t)＝Λ(α,t)F(α,t)其中，Λ(α,t)为气隙磁导，B(α,t)为气隙磁密分布，F(α,t)为气隙基波磁动势，μ0为真空磁导率；根据麦克斯韦微分形式的方程组，转子表面的麦克斯韦应力张量在切向和径向上的分量分别为：式中，n和τ分别表示径向和切向；通过表面积分，所述电磁力的表达式为：其中，R为非晶合金电机转子外径，L为非晶合金电机转子长度，α为圆周积分角。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S3，进一步包括：所述非晶合金电机的应变关系和磁感应强度关系为：εms＝σ/EH+dHB＝dσ+μσH所述磁致伸缩应力为：σms＝Dεms，其中，D为磁致伸缩材料的弹性张量，εms为磁致伸缩应变，EH为恒定磁场下的弹性模型，σ为外加应力，d为压磁应变系数，H为磁场强度，B为磁感应强度，μσ为在恒定压力下的磁导率；任意面积S上的所述磁致伸缩力可由所述磁致伸缩应力在该面积S的积分得到：Fms＝∫SσmsdS。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S4，包括：所述非晶合金电机的铁心电磁-机械系统的所述系统能量函数为：其中，表示磁场能，表示机械能，为电流位能，Ω1、Ω2分别表示磁场和结构场的分析域，J为电流矢量，H为磁场强度，σ为应力，Γ为域Ω2的边界，u为铁心振动位移，Fem和Fms分别表示电磁力和磁致伸缩力，B为磁感应强度，ε为应变，A为被积表面，Fem为电磁力，Fms为磁致伸缩力。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电磁-结构耦合动力学模型为：其中，P为电磁刚度矩阵，Q为机械刚度矩阵，M为磁场矢量，耦合项O表示机械振动对磁场的影响，耦合项C表示磁场对振动位移的影响，u为铁心振动位移，J为电流矢量，Fem为电磁力，Fms为磁致伸缩力。6.一种非晶合金电机的电磁-结构耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐学平，褚福磊，韩勤锴，秦朝烨，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11