某角振动台的散热设计分析

　　1　引　言

　　角振动台是角振动校准装置中用于对被校传感器进行角振动激励的装置,其产生的环境温度变化会影响被校传感器的测量精度。激振电机的工作,必然会产生铜损耗和铁损耗,故为提高电机散热效果,有必要对激磁电机进行热场的分析。

　　2　高频标准角振动台

　　2·1　高频标准角振动台工作原理

　　本文所分析的高频标准角振动台如图1所示,主要由台面、支撑弹簧、框式动圈、激磁线圈和激磁回路组成,该系统具有摩擦小、电磁干扰低、回转精度高、负载惯量大的特点,其设计最高频率为500Hz。

　　该结构与电机类似,可以简化为由定子和动子两部分组成。其中定子又分为内定子和外定子两部分,是产生激振电磁力的主磁路;外定子上两边又各有一组激磁线圈,共同构成了激磁系统。角振动台实际上为一个扭转弹簧惯性系统,工作过程为激磁系统的受迫振动,而激磁力的产生必然伴随损耗的生成,这也是本文研究的出发点。

　　2·2　计算内容

　　激磁线圈产生的热量,在台体内部通风条件有限的情况下,壳体温升要求不大于30℃。

　　根据全电流定律,导体或线圈通电后,建立磁场,沿任意闭合路径上磁场强度的线积分,就等于穿过该闭合路径内的导体电流的代数和。通过电机电磁计算,要达到气隙磁通0·60T的要求,则激磁总磁势为ΣI=8500A。

　　由F总=Ij×Wj,其中激磁绕组总匝数Wj为1062匝。气隙磁势F总=∑F=8500A,得激磁电流Ij=8·0A。已知线圈总电阻为3·33Ω,得到激磁绕组电压U=8·0×3·33=26·6V。

　　3　热场有限元分析

　　ANSYS软件是一个融结构、流体、电场、磁场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它从基于实际尺寸的结构体,通过二维或三维来建立模型进行分析。本文所有的分析都是基于三维建模进行的。

　　通常的有限元分析过程由前处理、施加载荷求解和后处理等环节组成。其中,前处理的步骤有:分析环境设置;定义单元及材料类型;建立几何模型;网格划分;定义边界条件和约束等。施加载荷和求解的步骤有:定义载荷信息;指定分析类型和分析选项;执行求解等。后处理则包括对求解结果的各种统计和运算,如绘制矢量图、云图,观察指定位置的数值等操作[1]。

　　振动台的激磁绕组产生的是恒定磁场,不会引起磁路的涡流和磁滞损耗等,故在壳体内部只有激磁绕组和转子绕组的铜损耗会以发热的形式释放出来。振动台内部产生的热量与其各表面散发的热量平衡时,达到稳定工作温度。而转子部分的绕组由于有独立的通风装置,在此分析中只把定子绕组当作热源,只考虑其定子、壳体和激磁绕组部分的热场分布。激磁绕组损耗: