一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统技术方案

本发明专利技术属于动平衡技术领域，涉及一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统，该方法包括：获得永磁电机转子在动平衡转速下的振动响应误差；利用振动响应误差对振动响应信号进行误差补偿，获得不平衡振动响应信号；根据不平衡振动响应信号获得动平衡转速时永磁电机转子的平衡配重；为永磁电机转子的配重面设置多组等效平衡配重；根据永磁电机转子

【技术实现步骤摘要】
一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统


[0001]本专利技术涉及动平衡
，特别是涉及一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统。

技术介绍

[0002]高速永磁电机转速高达10000转/分，具有比功率大、集成化、可靠性高等优点，广泛用于轨道交通车辆、特种车辆、新能源汽车等领域。高速永磁电机转子在制造过程中由于材料质量分布不均匀、机械加工误差以及多个零部件装配偏差的累积与传递容易导致转子质量不平衡分布的随机性和动态性强，高速运行下产生剧烈振动引发破坏性灾难事故。因此必须对制造过程中质量不平衡进行严格控制，动平衡成为高速永磁电机转子制造过程中的关键核心技术。
[0003]目前主要通过动平衡机来实现生产制造过程中永磁电机转子不平衡量的控制，受现有动平衡机驱动系统和测试精度的限制，高速永磁电机转子动平衡工艺难以实现高速下动平衡，只能提高产品振动等级要求通过低速下动平衡来校正平衡，即动平衡工艺“高速低代”，这种制造工艺主要存在三个问题：(1)永磁电机转子旋转时产生磁场，导致动平衡机摆架下的振动传感器测试信号发生波动，难以真实反映转子质量不平衡振动响应，导致平衡效果不理想；(2)设计具有隔磁功能的装置来屏蔽外部磁场对传感器的影响，需要对动平衡机进行改造，成本高；(3)由于高速永磁电机转子在工作转速下会发生挠曲变形，导致在低速下平衡好转子后，在工作转速下又失衡了。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种高速永磁电机转子动平衡方法及系统，克服了电机转子无法在高速下进行动平衡的困难。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种高速永磁电机转子动平衡方法，包括：
[0007]根据永磁电机转子在工作转速时的动平衡品质等级和动平衡转速时的动平衡品质等级确定动平衡转速；
[0008]获得所述永磁电机转子在所述动平衡转速下的振动响应误差；
[0009]采集所述永磁电机转子在所述动平衡转速下第一测试面的第一振动响应信号和第二测试面的第二振动响应信号；
[0010]利用所述振动响应误差分别对所述第一振动响应信号和所述第二振动响应信号进行误差补偿，获得第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号；
[0011]根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；
[0012]根据所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重，为所述永磁电机转子的配重面设置模拟工作转速下的多组等效平衡配重；
[0013]获取所述永磁电机转子在多个预设转速下的振动响应，并根据多个预设转速下的振动响应获取所述永磁电机转子的等效不平衡分布；所述多个预设转速均低于预设第一阶临界转速；
[0014]基于所述永磁电机转子的实际结构、运行参数和等效不平衡分布，构建永磁电机转子
‑
磁钢的有限元动力学方程；
[0015]根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库；所述振动响应数据库中各元素包括一组等效平衡配重和对应的振动响应；
[0016]判断所述振动响应数据库中是否存在小于振动响应阈值的振动响应；
[0017]若不存在，则基于配重大小或相位对各组等效平衡配重进行划分，获得更新后的多组等效平衡配重，返回步骤“根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库”；
[0018]若存在，则输出最小的振动响应对应的等效平衡配重；
[0019]根据输出的等效平衡配重对所述永磁电机转子进行平衡配重。
[0020]可选地，所述根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重，具体包括：
[0021]根据公式确定所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；
[0022]其中，α1、α2、β1和β2均为影响系数，r2(A)为第一不平衡振动响应信号，r2(B)为第二不平衡振动响应信号，U1表示第一配重面平衡配重，U2表示第二配重面平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。
[0023]可选地，所述有限元动力学方程表示为：
[0024][0025]其中，M为质量矩阵，q为广义位移矢量，表示q的一阶导数，表示q的二阶导数，C为阻尼矩阵，G为陀螺效应矩阵，U为不平衡矢量，ε为偏心距矢量，Ω为转子转速，K表示刚度矩阵，i表示等效平衡配重的序号。
[0026]可选地，所述根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库，具体包括：
[0027]求解矩阵的特征根获得永磁电机转子的模态振型；
[0028]采用模态法计算永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应R
i
；
[0029]其中，I表示单位矩阵，R
i
＝R
i
(x)＝ε1φ1(x)+ε2φ2(x)，ε1和ε2均为变形系数，φ1(x)为一阶模态振型，φ2(x)为二阶模态振型，x表示转子位置输入。
[0030]可选地，一组等效平衡配重表示为(U
1i
，U
2i
)，U
1i
表示第i组第一配重面的等效平衡配重，U
2i
表示第i组第二配重面的等效平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。
[0031]本专利技术公开了一种高速永磁电机转子动平衡系统，包括：
[0032]动平衡转速确定模块，用于根据永磁电机转子在工作转速时的动平衡品质等级和动平衡转速时的动平衡品质等级确定动平衡转速；
[0033]振动响应误差获取模块，用于获得所述永磁电机转子在所述动平衡转速下的振动响应误差；
[0034]测试面的振动响应信号采集模块，用于采集所述永磁电机转子在所述动平衡转速下第一测试面的第一振动响应信号和第二测试面的第二振动响应信号；
[0035]不平衡振动响应信号确定模块，用于利用所述振动响应误差分别对所述第一振动响应信号和所述第二振动响应信号进行误差补偿，获得第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号；
[0036]动平衡转速时平衡配重获取模块，用于根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；
[0037]多组等效平衡配重确定模块，用于根据所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重，为所述永磁电机转子的配重面设置模拟工作转速下的多组等效平衡配重；
[0038]获取所述永磁电机转子在多个预设转速下的振动响应，并根据多个预设转速下的振动响应获取所述永磁电机转子的等效不平衡分布；所述多个预设转速均低于预设第一阶临界转速；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速永磁电机转子动平衡方法，其特征在于，包括：根据永磁电机转子在工作转速时的动平衡品质等级和动平衡转速时的动平衡品质等级确定动平衡转速；获得所述永磁电机转子在所述动平衡转速下的振动响应误差；采集所述永磁电机转子在所述动平衡转速下第一测试面的第一振动响应信号和第二测试面的第二振动响应信号；利用所述振动响应误差分别对所述第一振动响应信号和所述第二振动响应信号进行误差补偿，获得第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号；根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；根据所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重，为所述永磁电机转子的配重面设置模拟工作转速下的多组等效平衡配重；获取所述永磁电机转子在多个预设转速下的振动响应，并根据多个预设转速下的振动响应获取所述永磁电机转子的等效不平衡分布；所述多个预设转速均低于预设第一阶临界转速；基于所述永磁电机转子的实际结构、运行参数和等效不平衡分布，构建永磁电机转子
‑
磁钢的有限元动力学方程；根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库；所述振动响应数据库中各元素包括一组等效平衡配重和对应的振动响应；判断所述振动响应数据库中是否存在小于振动响应阈值的振动响应；若不存在，则基于配重大小或相位对各组等效平衡配重进行划分，获得更新后的多组等效平衡配重，返回步骤“根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库”；若存在，则输出最小的振动响应对应的等效平衡配重；根据输出的等效平衡配重对所述永磁电机转子进行平衡配重。2.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子动平衡方法，其特征在于，所述根据第一不平衡振动响应信号和第二不平衡振动响应信号，采用影响系数法获得所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重，具体包括：根据公式确定所述动平衡转速时所述永磁电机转子的平衡配重；其中，α1、α2、β1和β2均为影响系数，r2(A)为第一不平衡振动响应信号，r2(B)为第二不平衡振动响应信号，U1表示第一配重面平衡配重，U2表示第二配重面平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。3.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子动平衡方法，其特征在于，所述有限元动力学方程表示为：其中，M为质量矩阵，q为广义位移矢量，表示q的一阶导数，表示q的二阶导数，C为阻
尼矩阵，G为陀螺效应矩阵，U为不平衡矢量，ε为偏心距矢量，Ω为转子转速，K表示刚度矩阵，i表示等效平衡配重的序号。4.根据权利要求3所述的高速永磁电机转子动平衡方法，其特征在于，所述根据所述有限元动力学方程，计算所述永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应，获得振动响应数据库，具体包括：求解矩阵的特征根获得永磁电机转子的模态振型；采用模态法计算永磁电机转子在工作转速施加各种所述等效平衡配重后的振动响应R
i
；其中，I表示单位矩阵，R
i
＝R
i
(x)＝ε1φ1(x)+ε2φ2(x)，ε1和ε2均为变形系数，φ1(x)为一阶模态振型，φ2(x)为二阶模态振型，x表示转子位置输入。5.根据权利要求1所述的高速永磁电机转子动平衡方法，其特征在于，一组等效平衡配重表示为(U
1i
，U
2i
)，U
1i
表示第i组第一配重面的等效平衡配重，U
2i
表示第i组第二配重面的等效平衡配重，所述第一配重面和所述第二配重面均位于所述永磁电机转子上。6.一种高速永磁电机转子动平衡系统，其特征在于，包括：动平衡转速确定模块，用于根据永磁电机转子在工作转速时的动平衡品...

【专利技术属性】
技术研发人员：宾光富，张阳演，雷雄，李纯清，高耀智，刘尹红，许建元，牛浩，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：