表面式永磁電機電磁激振力波及其抑制措施研究.pdf

1、噪聲是四大環(huán)境污染之一，長時間在噪聲環(huán)境中工作會影響人的聽覺器官和神經(jīng)系統(tǒng)，嚴重危害人的身體健康。因此，電機的振動和噪聲性能已經(jīng)成為衡量電機性能優(yōu)劣的重要指標之一。近十幾年來，隨著電力電子技術(shù)、永磁材料和微機控制技術(shù)的發(fā)展，永磁電機因其具有高效、高功率密度、高可靠性的特點，在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域得到了極為廣泛的應用。低噪聲永磁電機的設(shè)計和優(yōu)化對于提高永磁電機的性能、擴大永磁電機的應用范圍和增強國產(chǎn)永磁電機的競爭力具有重要的現(xiàn)實意義。

2、>　　 永磁電機的噪聲分為電磁噪聲，機械噪聲和空氣動力噪聲，其中電磁噪聲是其中的主要成分。國內(nèi)外針對感應電機的電磁振動和噪聲進行了廣泛的研究，得出了大量有用的結(jié)論，但是永磁體的存在使得傳統(tǒng)的計算和分析振動噪聲的方法并不能直接應用于永磁電機。目前針對永磁電機振動和噪聲的研究相對較少，現(xiàn)有的研究往往集中于振動和噪聲的計算和測量。但是永磁電機結(jié)構(gòu)復雜多樣，機殼和端蓋的存在都會造成機械振動參數(shù)如剛度、阻尼和固有頻率難以準確計算；消聲室中測量得

3、到聲功率級是電磁噪聲，機械噪聲和空氣動力噪聲的疊加，往往難以區(qū)分，此外電機能量中只有非常小的一部分轉(zhuǎn)化為聲能，因此從振動和噪聲的角度分析永磁電機并提出抑制振動噪聲的措施面臨巨大的挑戰(zhàn)。電磁噪聲來源于電磁振動，電磁振動則是由電機氣隙磁場作用于電機鐵心產(chǎn)生的激振力波所激發(fā)，因此本文從引起電磁振動和噪聲的根源即激振力波入手，分析對永磁電機振動噪聲起主要作用的低階激振力波，通過抑制激振力波來實現(xiàn)削弱永磁電機電磁振動和噪聲的目標，主要工作有以下幾

4、個方面：
　　 采用解析法推導了負載條件下永磁電機激振力波的解析表達式。永磁電機中的磁勢為永磁體旋轉(zhuǎn)磁勢與定子電樞磁勢之和。根據(jù)疊加原理并忽略氣隙磁場的飽和，氣隙磁通密度等于磁勢與磁導的乘積，利用Maxwell Tensor公式得到作用于定子電樞內(nèi)表面的徑向力密度的解析表達式。對激振力波的分析表明：永磁電機激振力波的階數(shù)r可以表示為Ap+BZ的形式，即與永磁電機的極對數(shù)和電樞槽數(shù)有關(guān)；激振力波的幅值不僅與電機的結(jié)構(gòu)參數(shù)如永磁體的

5、參數(shù)、氣隙的大小相關(guān)，還與永磁磁勢與電樞反應磁勢的夾角Φ即永磁電機的控制方式密切相關(guān)；負載時會產(chǎn)生與空載時不同頻率的激振力波，這些頻率為特定倍數(shù)的電源頻率，因此會產(chǎn)生這些頻率的振動和噪聲，這就為永磁電機振動噪聲的辨識提供了理論基礎(chǔ)。
　　 永磁電機的控制方式多種多樣，不同的運行模式使得定子電樞電流差別很大從而造成與永磁體磁勢相互作用的電樞磁勢差別較大，而且現(xiàn)有研究表明永磁電機額定負載時產(chǎn)生噪聲僅比空載時高20％。因此為了得到不同

6、工作方式永磁電機的電磁力波的共性規(guī)律，本課題的研究重點放在永磁電機的空載激振力波的分析與優(yōu)化。首先研究了永磁電機定子結(jié)構(gòu)參數(shù)對主要激振力波的影響，得到了激振力波幅值隨槽口寬度和斜槽率的變化規(guī)律。通過對分數(shù)槽永磁電機空載激振力波的分析，提出了在定子齒上開輔助槽以削弱低階激振力波的方法。采用有限元數(shù)值計算氣隙磁密和力密度的分布，通過空間和時間兩次傅里葉分解分別得到不開輔助槽和開輔助槽后不同階數(shù)的激振力波頻譜，驗證了所提出方法的準確性和有效性

7、。
　　 通過分析轉(zhuǎn)子上永磁體的結(jié)構(gòu)參數(shù)對永磁電機激振力波的影響，提出了相應的抑制主要激振力波的優(yōu)化方法。首先推導了瓦片型永磁體徑向充磁和平行充磁時旋轉(zhuǎn)磁勢的解析表達式，計算不同極弧系數(shù)時激振力波的幅值，分析表明通過合理選擇永磁體的極弧系數(shù)可以有效的削弱主要激振力波的幅值。此外推導得到了偏心磁極永磁體充磁方向厚度的解析表達式，提出了采用偏心磁極削弱激振力波的方法，建立了最佳磁極偏心距的選擇方法。對于永磁體設(shè)計和安裝過程中有可能發(fā)

8、生的永磁體不嚴格對稱的情況進行了研究，分析表明當一對極下兩永磁體的極弧系數(shù)不同時會產(chǎn)生低階激振力波，引起較大的振動和噪聲，因此在永磁電機的制造過程中要盡量保證永磁體的精度。
　　 研究了轉(zhuǎn)子偏心對永磁電機空載激振力波的影響?；诘刃４诺姆椒ǎ脴肆看盼凰鶟M足的微分方程和場量所滿足的邊界條件提出了轉(zhuǎn)子偏心氣隙磁場的解析計算方法，在該方法的基礎(chǔ)上分析了不同階數(shù)空載激振力波幅值隨偏心率的變化規(guī)律，結(jié)果表明轉(zhuǎn)子偏心時不僅對電磁轉(zhuǎn)矩有