表面式永磁電機(jī)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(zhǎng)時(shí)間在噪聲環(huán)境中工作會(huì)影響人的聽覺(jué)器官和神經(jīng)系統(tǒng)，嚴(yán)重危害人的身體健康。因此，電機(jī)的振動(dòng)和噪聲性能已經(jīng)成為衡量電機(jī)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。近十幾年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)、永磁材料和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，永磁電機(jī)因其具有高效、高功率密度、高可靠性的特點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。低噪聲永磁電機(jī)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化對(duì)于提高永磁電機(jī)的性能、擴(kuò)大永磁電機(jī)的應(yīng)用范圍和增強(qiáng)國(guó)產(chǎn)永磁電機(jī)的競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2、>　　 永磁電機(jī)的噪聲分為電磁噪聲，機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力噪聲，其中電磁噪聲是其中的主要成分。國(guó)內(nèi)外針對(duì)感應(yīng)電機(jī)的電磁振動(dòng)和噪聲進(jìn)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(jì)算和分析振動(dòng)噪聲的方法并不能直接應(yīng)用于永磁電機(jī)。目前針對(duì)永磁電機(jī)振動(dòng)和噪聲的研究相對(duì)較少，現(xiàn)有的研究往往集中于振動(dòng)和噪聲的計(jì)算和測(cè)量。但是永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，機(jī)殼和端蓋的存在都會(huì)造成機(jī)械振動(dòng)參數(shù)如剛度、阻尼和固有頻率難以準(zhǔn)確計(jì)算；消聲室中測(cè)量得

3、到聲功率級(jí)是電磁噪聲，機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力噪聲的疊加，往往難以區(qū)分，此外電機(jī)能量中只有非常小的一部分轉(zhuǎn)化為聲能，因此從振動(dòng)和噪聲的角度分析永磁電機(jī)并提出抑制振動(dòng)噪聲的措施面臨巨大的挑戰(zhàn)。電磁噪聲來(lái)源于電磁振動(dòng)，電磁振動(dòng)則是由電機(jī)氣隙磁場(chǎng)作用于電機(jī)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(dòng)和噪聲的根源即激振力波入手，分析對(duì)永磁電機(jī)振動(dòng)噪聲起主要作用的低階激振力波，通過(guò)抑制激振力波來(lái)實(shí)現(xiàn)削弱永磁電機(jī)電磁振動(dòng)和噪聲的目標(biāo)，主要工作有以下幾

4、個(gè)方面：
　　 采用解析法推導(dǎo)了負(fù)載條件下永磁電機(jī)激振力波的解析表達(dá)式。永磁電機(jī)中的磁勢(shì)為永磁體旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)與定子電樞磁勢(shì)之和。根據(jù)疊加原理并忽略氣隙磁場(chǎng)的飽和，氣隙磁通密度等于磁勢(shì)與磁導(dǎo)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(dá)式。對(duì)激振力波的分析表明：永磁電機(jī)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(jī)的極對(duì)數(shù)和電樞槽數(shù)有關(guān)；激振力波的幅值不僅與電機(jī)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(shì)與電樞反應(yīng)磁勢(shì)的夾角Φ即永磁電機(jī)的控制方式密切相關(guān)；負(fù)載時(shí)會(huì)產(chǎn)生與空載時(shí)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(huì)產(chǎn)生這些頻率的振動(dòng)和噪聲，這就為永磁電機(jī)振動(dòng)噪聲的辨識(shí)提供了理論基礎(chǔ)。
　　 永磁電機(jī)的控制方式多種多樣，不同的運(yùn)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(shì)相互作用的電樞磁勢(shì)差別較大，而且現(xiàn)有研究表明永磁電機(jī)額定負(fù)載時(shí)產(chǎn)生噪聲僅比空載時(shí)高20％。因此為了得到不同

6、工作方式永磁電機(jī)的電磁力波的共性規(guī)律，本課題的研究重點(diǎn)放在永磁電機(jī)的空載激振力波的分析與優(yōu)化。首先研究了永磁電機(jī)定子結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)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(guò)對(duì)分?jǐn)?shù)槽永磁電機(jī)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(jì)算氣隙磁密和力密度的分布，通過(guò)空間和時(shí)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(yàn)證了所提出方法的準(zhǔn)確性和有效性

7、。
　　 通過(guò)分析轉(zhuǎn)子上永磁體的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)永磁電機(jī)激振力波的影響，提出了相應(yīng)的抑制主要激振力波的優(yōu)化方法。首先推導(dǎo)了瓦片型永磁體徑向充磁和平行充磁時(shí)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的解析表達(dá)式，計(jì)算不同極弧系數(shù)時(shí)激振力波的幅值，分析表明通過(guò)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(dǎo)得到了偏心磁極永磁體充磁方向厚度的解析表達(dá)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(duì)于永磁體設(shè)計(jì)和安裝過(guò)程中有可能發(fā)

8、生的永磁體不嚴(yán)格對(duì)稱的情況進(jìn)行了研究，分析表明當(dāng)一對(duì)極下兩永磁體的極弧系數(shù)不同時(shí)會(huì)產(chǎn)生低階激振力波，引起較大的振動(dòng)和噪聲，因此在永磁電機(jī)的制造過(guò)程中要盡量保證永磁體的精度。
　　 研究了轉(zhuǎn)子偏心對(duì)永磁電機(jī)空載激振力波的影響?；诘刃４诺姆椒ǎ脴?biāo)量磁位所滿足的微分方程和場(chǎng)量所滿足的邊界條件提出了轉(zhuǎn)子偏心氣隙磁場(chǎng)的解析計(jì)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(shí)不僅對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩有