考虑磁致伸缩效应的永磁同步电机磁-机械耦合模型

在永磁同步电机振动噪声的计算过程中,需考虑磁致伸缩效应的影响。建立了考虑磁致伸缩效应的定子铁心磁-机耦合模型,解析计算了电磁力密度及磁致伸缩力密度。数值计算了定子振动位移、振动速度和声压分布。所得结果与定子铁心在电磁力单独作用下的振动噪声响应进行了对比。在考虑磁致伸缩效应时,定子齿径向力密度幅值比电磁力单独作用时增加了13. 1%,定子铁心的变形量比电磁力单独作用时变形量增加了13. 4%,声压级也明显增加。对比表明,磁致伸缩效应对于电机振动噪声有重要贡献。在低噪声永磁同步电机的研发设计阶段,不能忽略磁致伸缩效应的影响。     

负磁致伸缩材料对电机振动噪声抑制的分析

针对硅钢片磁致伸缩效应造成电机振动噪声问题,研究在电机定子硅钢片上打孔并填充负磁致伸缩材料来减小电机振动噪声。建立电磁-机械耦合数值模型,用有限元方法计算并分析了由磁致伸缩效应引起定子结构的振动,得到在电机定子铁心的齿根和齿尖处的振动较大;选择在应力集中的地方打孔,分别计算了填充负磁致伸缩材料Ni和SmFe_2时的应力和振动情况,计算结果显示电机定子应力和振动减小。     

磁致伸缩效应对感应电机振动影响的研究

硅钢片磁致伸缩效应是引起感应电机振动的原因之一。基于虚功原理和有限元法,建立了考虑磁致伸缩效应和磁各向异性的感应电机磁-机械耦合数值模型,根据所建立模型计算了电机空载运行时定子铁心变形、应力和振动加速度随时间的分布。为比较磁致伸缩效应与径向电磁激振力效应对电机振动的影响,分别计算了单独考虑磁致伸缩、单独考虑电磁力以及两者共同作用时的振动加速度,结果表明磁致伸缩效应对电机振动影响显著。为了验证模型,对感应电机振动进行了实验研究,发现同时考虑磁致伸缩效应和电磁力作用时的振动加速度理论计算值更贴近实验测量值,从而验证了模型的正确性,为在设计阶段计算感应电机振动大小及分布,为寻求新的减振措施提供了理论依据和计算方法。     

磁致伸缩引起的径向磁通电机定子铁心振动精确解析模型

铁磁材料的磁致伸缩效应是引起电机振动噪声的主要原因之一。为了计算磁致伸缩引起的径向磁通电机定子铁心振动,基于压磁方程和牛顿第二定律分别建立磁致伸缩引起的电机定子铁心振动精确解析模型。利用解析模型确定了各物理量之间的关系。得出磁致伸缩引起的电机定子铁心振动与磁致伸缩系数成正比,定子铁心轭部和齿部的振动位移分别与轭部圆环半径、齿高近似呈线性关系,弹性模量对磁致伸缩引起的电机定子铁心振动影响很小。利用有限元法和实验测试验证了磁致伸缩引起的电机定子铁心振动精确解析模型的准确性。最后,利用定子铁心振动实验和有限元法对解析模型进行验证,通过解析计算值、有限元计算值与实验测试值的对比,验证了解析模型的准确性。     

不同磁致伸缩方程下永磁电机的应力、应变研究

磁致伸缩效应对电机的定子振动有着重要的影响。然而不同的磁致伸缩本构方程可能对电机定子中磁致伸缩效应导致的形变与振动的预测与评估有着不同的影响。因此,根据不同的物理原理选取3种本构方程对永磁电机的定子进行仿真研究:建立考虑磁致伸缩效应的电机电磁-机械耦合模型;进行有限元分析,计算磁通密度和磁致伸缩力,得到由磁致伸缩效应导致的振动位移;对不同本构方程得到的数值计算结果进行了分析。仿真结果表明:应用3种本构方程对电机仿真得到的磁通密度分布及大小无明显差别,且电机定子应力的频率变化规律基本都是供电电源频率的两倍,但是由它们仿真得到的应力、振动位移的数值大小却有着数量级的差距。通过对不同本构方程的研究为准确分析电机中由磁致伸缩效应引起的应力、应变等提供了合适的耦合方程和方法。     

非晶合金电机振动噪声影响因素的研究

磁致伸缩和叠压影响是引起非晶合金变压器振动噪声的主要原因,而在硅钢片电机的振动噪声计算中这两种因素经常被忽略。为此本文对非晶合金电机振动噪声影响因素进行了深入研究。首先,基于压磁方程建立了磁—机械耦合数学模型。以一台2.1k W非晶合金永磁电机为例,考虑磁致伸缩和叠压影响,应用二维有限元计算了该电机在不同供电条件下的磁场分布、形变和振动加速度。在此基础上分析了定子铁心周围声场分布,通过实验验证了计算方法的有效性。之后,通过电磁力、磁致伸缩和叠压三种影响因素对硅钢片电机和非晶合金电机振动噪声影响的研究发现:磁致伸缩对硅钢片电机的振动噪声影响较小;磁致伸缩和叠压影响对非晶合金电机振动噪声影响较大,在计算非晶合金电机振动噪声时磁致伸缩和叠压影响不能被忽略。     

电机旋转磁场中磁致伸缩导致的振动频率特性

噪声抑制是电机设计和应用中亟待解决的重要问题,在大型电机中磁致伸缩效应引起的振动噪声占比较大。本文首先建立电机电磁—机械耦合数值模型,分析电机定子上的应力特性,发现引起电机定子齿顶部和根部的磁密分布比较集中,应力较大的原因是磁路转向和畸变。然后设计实验对仿真结果进行验证,测量电机定子上的振动,发现最大低频力波为电源供电频率的一倍频力波,在同样测量条件下,测量三相变压器铁心上的振动,发现变压器在铁心磁路转向处有明显的一倍频力波。     

考虑磁致伸缩逆效应的非晶合金开关磁阻电机减振方法

非晶合金用于电机铁心可极大地提高电机效率,然而,其较大的磁致伸缩系数和极强的应力敏感性（即磁致伸缩逆效应）在增大铁心振动噪声的同时,限制电信号对铁心磁性能的精确控制能力。该文提出采用磁致伸缩逆效应对铁心磁化状态进行调制,以抑制非晶合金开关磁阻电机电磁振动的减振思路。首先,基于宏观热力学理论,建立考虑磁致伸缩及其逆效应的非晶合金材料力-磁耦合本构关系;其次,提出非晶合金开关磁阻电机的定子齿加压结构,并考虑静态预应力、脉动电磁应力对非晶合金磁特性的影响,构建开关磁阻电机力-磁双向动态耦合模型并求解;最后,计算应力作用前后定子铁心的磁通密度分布。通过实验与仿真对比发现,定子齿加压结构的径向电磁应力可减小44.5%,因此该减振方法具有可行性。     

谐波对感应电机振动影响研究

为了研究实际工况下感应电机的振动情况,对不同谐波参与下硅钢片的磁化特性和磁致伸缩特性进行测量。基于测得的本构关系,建立电机铁心的电磁-机械多场耦合模型。考虑电磁力和硅钢片的磁致伸缩效应,进行感应电机在不同谐波参与下电磁场和机械场的数值计算,以得到磁密、应力和振动的分布情况,进而分析谐波对电机铁心振动的影响,为减少感应电机的振动噪声提供有力的理论依据与计算方法。     

考虑实际工况下串联铁心电抗器的振动研究

串联铁心电抗器广泛应用于电力系统,但其噪声明显高于变压器。电抗器振动主要来源于气隙处的电磁力和硅钢片的磁致伸缩力,使铁心在实际工作状态中时刻存在应力,影响着硅钢片的磁特性。首先测试了硅钢片在不同应力下的磁特性曲线;然后,在考虑磁致伸缩效应的基础上建立了电抗器的电磁-机械双向耦合模型;最后,通过仿真计算出电抗器铁心的磁场及振动的分布情况。结果表明,总的振动效果并非2个力单独作用时的简单叠加。     

矩形与面包形磁钢永磁同步电机噪声对比分析

为了对比分析矩形磁钢和面包形磁钢永磁同步电机运行时产生的0阶振动噪声,从理论上对电机的径向电磁力波进行推导,对力波的的磁密来源进行了分析,讨论了两种不同磁钢形状的永磁同步电机的0阶振动噪声。基于Workbench仿真平台,对这两种不同磁钢形状的36槽24极永磁同步电机进行仿真分析,得到两种电机的0阶6倍频力波的组成和0阶径向电磁力波的傅里叶分析结果;对电机定子的结构分别进行有限元建模和解析计算,得出电机结构的固有模态;通过解析计算的方法,得到电机定子表面的0阶电磁力振动位移频谱图;最后,通过计算电机的声辐射效率,对电机外部声场进行快速建模,计算出电机0阶电磁力声功率级频谱图。研究表明:面包形磁钢永磁同步电机的振动噪声要远小于矩形磁钢永磁同步电机的振动噪声。     

磁致伸缩在电机电磁振动中的贡献分析

对磁性材料磁致伸缩的数值计算方法进行了探讨,并以某永磁电机为研究对象,采用改进的热比拟有限元法进行了电机内部磁致伸缩力和麦克斯韦力的数值计算研究,并进行了振动响应的贡献度对比分析,对电机的减振降噪研究具有一定的指导意义.     

电机定子系统振动模态的研究分析

针对电机定子系统的振动与噪声特性,利用Ansys有限元仿真软件对电机定子系统三维模型进行模态仿真,得到电机定子系统的固有频率与振形,并通过试验对仿真结果进行验证。同时,对电机进行电磁仿真,分析其气隙磁密与电磁力谐波,得到电机内部电磁力各次谐波频率。将电磁力谐波频率与电机固有频率进行对比,确保电磁力谐波不会引起电机定子系统共振。验证了电机结构的合理性,为同类产品的设计优化提供了一定的参考价值。     

不对称磁障对IPMSM电磁振动噪声的影响分析

针对目前一些采用不对称磁障法降低内置式永磁同步电机(IPMSM)转矩脉动的研究并未细致分析其对电机电磁振动噪声产生何种影响的问题,以一台37 kW IPMSM为研究对象,建立了原始电机和具有不对称磁障结构电机的电磁场有限元模型与振动噪声耦合模型,对比分析了不对称磁障结构对电机振动噪声的影响。从理论上分析了永磁电机径向电磁力波的阶次、频率特征,并利用有限元法与二维傅里叶分解法对得到的气隙处径向电磁力波进行分解。建立定子结构有限元模型,对其进行模态分析。在仿真平台搭建振动噪声耦合模型,仿真得到电机定子振动响应与电磁噪声。结果表明,采用不对称磁障的设计方法虽然能降低电机的转矩脉动并且不会牺牲电机输出转矩,但会产生其他倍频的电磁力,增加相对应频率点的振动响应,增大电机的振动噪声,设计时需综合考虑。     

商用电动车用永磁同步电机电磁振动噪声削弱方法

电磁振动噪声是电机振动噪声的主要噪声源,直接影响电机的NVH特性,而电磁力是影响电磁振动噪声的主要原因。本文基于解析推导法和Ansys多物理仿真平台,针对一台250KW的商用电动车用永磁同步电机进行研究并对其电磁振动进行了分析,指出电机气隙磁密的变化将会影响电机定子齿受到的电磁力,从而影响电磁振动噪声。本文提出了一种通过在转子表面增加凹口的转子结构改进方案以削弱电磁振动噪声,并对改进前后电机的电磁、模态、振动、噪声进行仿真计算与对比分析。经过对比优化前后的分析结果可知,优化后的电机方案在保证平均转矩基本不变的前提下,转矩脉动得到降低,电磁振动噪声得到削弱。     

车用永磁同步电机的电磁噪声特性

电动汽车牵引用永磁同步电机要求具有低速大转矩和高速恒功率的运行能力,低速大转矩运行工作点的大电流和高速弱磁导致的磁场畸变可能会导致作用于电机结构的电磁力幅值增大,容易引发较大的电磁振动噪声,从而影响电动汽车的NVH性能。本文基于Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台20k W车用永磁同步电机的电磁噪声特性。分别建立电机的电磁场有限元模型和定子结构的3D模态有限元模型,通过仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力和电机结构的低阶径向模态频率;从电磁力和电机结构两方面分析可能引发较大电磁噪声的主要来源。通过对电机定子结构的振动响应有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱;最后通过声场的有限元仿真分析车用永磁同步电机的电磁噪声特性。     

合适的槽配合降低变频调速电动机电磁噪音

采用测量样机电磁噪音声压值与有限元法分析定子固有振动频率相结合的方法,对变频异步电机产生高频电磁噪音的原因进行分析,发现定、转子槽配合不当产生的低阶电磁力波会引起电机共振,利用交流电机电磁力波分析计算方法提出改进措施,给出合适的定转子槽配合。经对样机进行噪音对比试验,证明高频电磁噪音得到抑制,效果显著。     

Radial force calculation and acoustic noise prediction in switched reluctance machines

This paper presents an analytical method for calculating the radial force and predicting the acoustic noise in switched reluctance machines (SRMs). The main source of acoustic noise in an SRM is the radial magnetic force inducing resonant vibration with circumferential mode shapes of the stator. An analytical relationship between radial force and radial vibration is determined, which can be used to predict the noise power level at the frequency of operation. The vibration and sound are functions of machine dimensions, material properties, and rotational speed. The knowledge of the circumferential mode shapes of vibration, the natural mode frequencies of the stator, and the frequency spectrum of the radial magnetic force can be effectively utilized to design SRMs with minimal noise through geometrical design variations. The effect of the number of stator and rotor poles on acoustic noise can also be analyzed with the model presented in this paper. Magnetodynamic simulation by finite-element analysis software has also been carried out to verify the calculation of radial force using the proposed analytical model.     

基于转子辅助槽的PMSM电磁振动噪声削弱方法研究

电机气隙中的径向电磁力作用于定子齿部,通过定子、机座传递到空气中,产生了振动噪声。针对实际工程中噪声突出问题,解析径向电磁力得到产生振动噪声的主要阶次和频率,分析电机的定子模态得到不同空间阶次下的频率。考虑电机转子凸极,提出一种转子开辅助槽配合增加气隙宽度的方法改善电机的声振特性。通过搭建优化前后的电机有限元模型,在加速工况下对比6f1和12f1频率（f1为基波频率）的电磁力,以及24阶次和48阶次下的A计权声压级,验证所提方法的有效性。最后在实际样机上测试加速工况下24阶次和48阶次的振动水平和声压级。试验结果表明,所提转子开辅助槽配合改变气隙宽度的方法能够有效降低电机整体的振动噪声。