永磁同步电机噪声抑制策略研究

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永磁同步电机具有结构简单、高效节能等优点,在国防、航天与工业等方面应用越来越广泛。永磁同步电机工作中的振动和噪声会对电机性能造成严重的影响,因此对其进行抑制策略研究具有重要意义。本文对一台内置式永磁同步电机进行了分析研究,主要内容如下:对永磁同步电机的磁场进行分析,提出运用改进等效磁网络法构建了电机的解析模型。分析了定子开槽造成的气隙磁阻变化,对气隙磁力线流通路径进行研究,计算出了相对气隙磁导函数。考虑到转子具有隔磁桥的特殊结构,分别等效计算了各磁路磁阻、各磁路磁通、气隙磁密与漏磁系数。为该种结构电机的气隙磁场解析提供了一种方法。通过有限元仿真建模,得出了径向电磁力是引起电磁噪声的主要原因,并对径向磁密、径向电磁力进行了谐波分解,分析出了电机振动主要由低阶谐波的作用导致。计算了径向电磁力各阶频率、电机齿槽转矩与转矩脉动等参数。最后确定了利用改变电机本体结构的策略来对低次谐波进行削弱,从而达到抑制永磁同步电机噪声的目的。对永磁同步电机的气隙长度、定子槽口宽度进行了参数化研究,找出了两种结构变化对电机的气隙磁场、齿槽转矩、输出转矩与空载反电动势的影响规律。通过对不同尺寸气隙结构进行计算,对原始、内弧形、外弧型、双弧形四种永磁体结构的电机进行研究,发现采用不均匀气隙、双弧形永磁体结构时电机的齿槽转矩峰值与转矩脉动幅值均有降低。对永磁同步电机定子和整机体进行了模态分析,计算出了各阶模态振型与频率,研究了不同机壳厚度对电机各阶模态频率的影响。搭建了电机实验测试平台,通过锤击激励法对电机定子进行了模态实验。经实验测试与有限元计算得到的各阶模态频率均避开了主要影响电磁噪声的各阶电磁力频率,证明了该电机在运行过程中不会发生共振。归纳了永磁同步电机的噪声理论计算过程并对电磁振动噪声进行了仿真分析。研究得出了电磁振动噪声是由于电机定子齿部发生振动变形产生,对不同频率下的电机振动响应进行分析,计算出了声压、声压级与电机机壳的位移响应频谱曲线。通过对噪声域内的声速进行研究,证明了该电机的振动主要沿径向产生,轴向振动较小。经过对比,优化后的电机电磁噪声降低了6.629d B。证明了本文采用优化电机本体结构的噪声抑制策略,可以成功降低永磁同步电机的电磁噪声。
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