高速永磁电机转子碳纤维护套张力缠绕仿真分析

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20220128.010

复合材料科学与工程 ›› 2022, Vol. 0 ›› Issue (1): 68-72.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20220128.010

高速永磁电机转子碳纤维护套张力缠绕仿真分析

肖剑雄, 周向, 申政

中车株洲电机有限公司永磁电机技术湖南省重点实验室,株洲412001

收稿日期:2021-04-29 出版日期:2022-01-28 发布日期:2022-02-10
作者简介:肖剑雄(1993-),男,硕士,助理工程师,主要从事电机机械结构设计及新材料应用技术方面的研究,xjx931208@163.com。
基金资助:
湖南省高新技术产业科技创新引领计划(2020GK2083)

Simulation on tension winding of the carbon fiber reinforced plastic rotor sheath for high-speed permanent magnet motor

XIAO Jian-xiong, ZHOU Xiang, SHEN Zheng

Hunan Key Laboratory of Permanent Magnet Motor Technology, CRRC Zhuzhou Electric Co., Ltd., Zhuzhou 412001, China

Received:2021-04-29 Online:2022-01-28 Published:2022-02-10

摘要/Abstract

摘要： 对于表贴式结构的高速永磁电机,其转子永磁体在高速旋转时产生的较大离心力作用下易于发生破坏。采用张力缠绕技术制备的碳纤维复合材料转子护套可以有效确保电机转子安全稳定运行。通过ANSYS Workbench对一台高速永磁电机表贴式转子碳纤维护套张力缠绕进行了有限元仿真分析。结果表明,通过等效温度场法与生死单元法建立的有限元模型较为准确地模拟出了缠绕过程中受应力松弛效应作用下的护套应力场,从而为后续转子运行工况仿真计算提供了输入条件。此外,在纤维缠绕预应力作用下,护套对转子产生的预紧压力可以确保在转子运行过程中永磁体与转轴始终处于压紧状态,并且护套与永磁体仍处于强度安全范围内,转子保持安全稳定运行。

关键词: 有限元分析, 高速永磁电机, 转子护套, 碳纤维复合材料, 张力缠绕

Abstract: For the high-speed permanent magnet motor with the surface-mounted structure, the magnet cannot bear the centrifugal force due to the high-speed rotation and is easy to break. Via the tension winding technology, the carbon fiber reinforced plastic (CFRP) rotor sheath can effectively guarantee the safe and steady operation of the rotor. By the ANSYS Workbench software, finite element analysis was conducted on the tension winding of the CFRP rotor sheath for a surface-mounted high-speed permanent magnet motor. The results show that the finite element model can accurately simulate the stress field of the sheath during the winding process. Besides, under the predetermined winding stress on the fiber, the magnet and the shaft can keep the tight contact during the running process of the rotor, with their stress level maintained below the ultimate limit.

Key words: finite element analysis, high-speed permanent magnet motor, rotor sheath, CFRP, tension winding

中图分类号:

TB332

肖剑雄, 周向, 申政. 高速永磁电机转子碳纤维护套张力缠绕仿真分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(1): 68-72.

XIAO Jian-xiong, ZHOU Xiang, SHEN Zheng. Simulation on tension winding of the carbon fiber reinforced plastic rotor sheath for high-speed permanent magnet motor[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2022, 0(1): 68-72.

参考文献

[1] GERADA D, MEBARKI A, BROWN N L, et al. High-speed electronic machines: Technologies, trends, and developments[J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2014, 61(6): 2946-2959.
[2] 王凤翔. 高速电机的设计特点及相关技术研究[J]. 沈阳工业大学学报, 2006, 28(3): 258-264.
[3] 张凤阁, 杜光辉, 王天煜, 等. 高速电机发展与设计综述[J]. 电工技术学报, 2016, 31(7): 1-18.
[4] 付荣华, 王辉. 高速表贴式永磁电机转子强度分析[J]. 现代制造技术与装备, 2019(2): 139-140.
[5] BINDER A, SCHNEIDER T, KLOHR M. Fixation of buried and surface-mounted magnets in high-speed permanent-magnet synchronous machines[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, 2006, 42(4): 1031-1037.
[6] 韩雪岩, 何心永, 刘欣苗, 等. 高速表贴式永磁电机转子机械强度研究[J]. 微特电机, 2017, 45(3): 5-8.
[7] 周帆, 祖磊, 李书欣. 高速永磁电机转子碳纤维护套的缠绕张力计算研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2017(12): 5-13.
[8] 董剑宁, 黄允凯, 金龙, 等. 高速永磁电机设计与分析技术综述[J]. 中国电机工程学报, 2014, 34(27): 4640-4653.
[9] 王继强, 王凤翔, 鲍文博, 等. 高速永磁电机转子设计与强度分析[J]. 中国电机工程学报, 2005, 25(15): 140-145.
[10] 张宗毅, 邓贵德, 寿比南, 等. 缠绕张力对环缠绕复合材料气瓶应力的影响[J]. 压力容器, 2011, 28(5): 7-14.
[11] 惠鹏, 祖磊, 李书欣, 等. 大张力缠绕碳纤维复合材料高速飞轮转子研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2018(3): 5-12.
[12] 苏维国, 张贤彪, 魏锟, 等. 复合材料纤维张力缠绕预应力场动态特性[J]. 复合材料学报, 2019, 36(5): 1143-1150.
[13] 康超, 史耀耀, 何晓东, 等. 具有厚壁内衬圆筒的缠绕张力算法[J]. 工程力学, 2016, 33(2): 200-208.
[14] 郭凯特, 文立华, 校金友, 等. 多角度纤维缠绕复合材料圆筒张力设计[J]. 固体火箭技术, 2020, 43(4): 458-467.
[15] 任明法, 刘长志, 丛杰, 等. 纤维缠绕复合材料固化成型中纤维密实过程数值模拟[J]. 玻璃钢/复合材料, 2016(8): 5-12.

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Simulation on tension winding of the carbon fiber reinforced plastic rotor sheath for high-speed permanent magnet motor

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[1]	苏桐, 胡果馨, 刘振. 全碳纤维复合材料太阳能无人机机翼结构优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 79-83.
[2]	伍强, 赵凯, 刘鹏飞, 张涛涛, 朱德勇. Z形纤维增强复合材料层压板固化变形分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(3): 84-90.
[3]	赵艺, 赵刚, 范欣愉, 闫忠伟, 葛亚琼, 徐剑. 基于渐进损伤模型的热固性复合材料电阻焊接头强度的尺寸效应研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(2): 45-51.
[4]	张弘强, 陈栋, 李成. CFRP层合板双面挖补补片设计及性能分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(2): 52-58.
[5]	韩善灵, 王涛, 光新杰, 李志勇, 李勇. CFRP在汽车轻量化与安全中的应用进展[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(2): 119-128.
[6]	杨威亚, 高东晨, 铁瑛, 张臻臻, 葛超坤. 基于多尺度分析的EMAA自修复缝线复合材料层间增韧作用研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(9): 29-35.
[7]	张克群, 孙会来, 李航, 邢文涛, 赵方方. CFRP套料钻制孔工艺及轴向力预测研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(9): 85-91.
[8]	余章杰, 张琪, 蔡登安, 戴征征, 周光明. 碳纤维/环氧树脂复合材料-金属连接结构面外拉伸失效机制[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(7): 5-12.
[9]	曹雨函, 郭姝含, 欧阳俊杰, 孔繁淇, 王付胜. 高温预损伤对碳纤维复合材料冲击后压缩剩余强度影响规律研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(6): 30-36.
[10]	张学文, 王继辉, 陈宏达, 倪爱清. 单向增强热塑性复合材料热冲压成型仿真与优化[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(6): 104-114.
[11]	沈昊辰, 牛波, 张琪凯, 郝晶莹, 张亚运, 龙东辉. 2.5D石英纤维增强纳米孔酚醛树脂基复合材料的力学和传热性能[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(4): 5-13.
[12]	辛志博, 朱彦松, 段玉岗, 王奔, 黄志文, 王宏晓, 明越科. 直升机复合材料油箱密封结构分析与试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(4): 87-93.
[13]	毕一凡, 程宝发, 朱祥东. 聚酰胺6/氧化石墨烯改性碳纤维复合材料机械性能与导热性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(3): 34-38.
[14]	张锦光, 邓伟, 杨桢, 邱浩, 文湘隆. 纤维增强复合材料叶轮对风机振动特性的影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(3): 53-58.
[15]	张智梅, 杨旸. 外贴预应力CFRP布加固钢筋混凝土梁抗弯疲劳性能有限元分析[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(2): 44-53.