Analizy dynamiczne synchronicznego silnika elektrycznego

This paper presents the rotor-dynamical computations of a technology demonstrator of an interior permanent magnet (IPM) synchronous motor designed at the Research and Technology Center of Siemens AG within the framework of the European-funded project called MotorBrain. The computations were split into parts consisting of modal and harmonic analyses performed numerically using FEM algorithms and the post-processing estimation of the amplitudes of rotor displacement and velocity within the whole range of a motor's rotation speed. The authors determined modal damping ratios and found resonance frequencies. In a further step, forces were applied to the rotor in order to determine the oscillation amplitudes of points placed along the rotor's geometrical axis (in the cases of both mechanically- and electromagnetically-excited rotors). The computations were performed for the excitation of the first and second flexural vibration mode. Except for rotor-dynamical computations, the authors performed vibration analyses of the stator along with the motor housing. The stator resonance frequencies and their modal deformation shapes were determined. In a further step, electromagnetic forces acting on the stator teeth were numerically found. These forces were then applied to each stator tooth in order to perform harmonic vibration analyses in an attempt to determine the spatial average velocity of the motor housing circumference area.W artykule przedstawiono dynamikę wirnika prototypu pewnego silnika elektrycznego zaprojektowanego w Centrum Badań Naukowych i Technologii firmy Siemens AG, w ramach projektu MotorBrain współfinansowanego ze środków Unii Europejskiej. Obliczenia zostały podzielone na analizę modalną i harmoniczną. Obliczenia przeprowadzono numerycznie, z wykorzystaniem algorytmów metody elementów skończonych. Znaleziono amplitudy drgań i prędkości drgań wirnika oraz przedstawiono je w funkcji prędkości obrotowej. Autorzy obliczyli wartości tłumienia modalnego oraz częstotliwości rezonansowe. W kolejnym kroku obliczono amplitudy drgań punktów wirnika położonych na osi obrotu, dla przypadku wzbudzenia go siłami mechanicznymi i elektromagnetycznymi. Poza dynamiką wirnika autorzy przeprowadzili analizy drgań statora wraz z obudową silnika. Za pomocą algorytmów numerycznych zostały wyznaczone częstotliwości rezonansowe statora oraz kształty jego modalnych deformacji. W kolejnym kroku znaleziono siły elektromagnetyczne działające na zęby statora. Siły te zostały użyte do wzbudzenia statora i przeprowadzenia analiz harmonicznych, w celu obliczenia uśrednionej prędkości drgań powierzchni obudowy silnika