永磁同步电动机电磁振动与噪声的研究

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永磁同步电动机性能优越,已经越来越多地被使用到生产实践当中。然而,永磁同步电动机的电磁振动与噪声一直是电机优化设计过程中亟待削弱的问题,制约着永磁同步电动机在生产实践中更广泛的应用。因此,对永磁同步电动机电磁振动与噪声的研究具有重要的现实意义。本文以永磁同步电动机电磁振动与噪声为主要研究对象进行了以下研究:首先,为得到永磁同步电动机的电磁振动与噪声的激励源,利用有限元分析软件编写了径向、切向气隙磁密公式以及径向、切向电磁力密度的计算公式,仿真求解出了电动机的径向气隙磁密和切向气隙磁密波形,并对径向气隙磁密波形进行了快速傅里叶分析;仿真求解出了电动机的径向和切向电磁力密度波形,并且对径向电磁力密度和切向电磁力密度分别进行了频谱分析,为后文的进一步研究打下基础。其次,对电动机的定子铁芯和整机固有模态分别进行了仿真求解,结果表明电动机结构设计较为合理,定子铁芯、整机固有频率较好地避开了力波频率,防止了共振的发生;对电机的电磁振动与噪声进行了多物理场的耦合仿真分析,分析得到的振动幅频特性结果表明力波频率较小时电机在各方向的振动幅值较高,而频率较高时的振动幅值较小,且径向振动较大,切向振动相对径向较小,从噪声场的仿真结果来看,距离电机越远,噪声声压级越小。再次,研究了齿槽转矩的削弱对永磁同步电动机电磁振动与噪声的影响。以齿槽转矩的基本理论为基础,通过磁钢偏心和磁极偏移的方法削弱了齿槽转矩;随后,对电动机的径向和切向气隙磁密、径向和切向电磁力密度进行了仿真求解;在此基础之上,建立多物理场的耦合仿真分析,求得了削弱齿槽转矩削弱前后的振动与噪声值,分析结果表明削弱齿槽转矩确实可以有效降低电动机电磁振动与噪声。最后,通过试验对永磁同步电动机电磁振动与噪声进行分析。采用锤击法对样机进行模态试验,得出了电动机的低阶固有频率,与仿真分析结果较为接近,证明了仿真的可靠性。对电动机的振动与噪声进行试验分析,分析结果表明削弱齿槽转矩对降低永磁同步电动机的电磁振动与噪声有明显的效果,验证了理论与仿真的可靠性。
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