定子齿顶开槽减小开关磁阻电机振动和噪声分析

开关磁阻电机的双凸极结构引起较大振动噪声,限制了它在许多领域的应用。根据虚位移理论分析了径向力减小的原理。在定子齿顶开矩形槽,沿径向方向的磁通密度部分改变为切向方向,减小了径向力,从而减小振动噪声。通过优化槽口的宽度和高度,得出最佳开槽尺寸。对传统定子和开槽定子多物理场分析,得到两种结构的固有频率、振动响应频率以及声压频谱。仿真表明,该方法有效减小了开关磁阻电机的径向力,改善了开关磁阻电机的振动和噪声。     

开关磁阻电机径向力的计算与分析

<正>1开关磁阻电动机噪声分析SR电机的噪声由三大类组成:电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声。其中磁吸力力图使磁路的磁阻最小。磁吸力可分为两个方向的分量:切向磁吸力和径向磁吸力。切向磁吸力正是所需要的使电机运转的电磁转矩,是波动性的,会使转子运行不平稳,产生振动,通过转子轴和端盖发射噪声。     

开关磁阻电动机转子偏心特性分析

利用有限元软件建立12/8极开关磁阻电动机的二维电磁模型,分析了转子静态偏心时定子极下气隙磁密和径向力随电流的变化规律;建立定子三维模型进行模态分析,得到电机振型和固有频率,进而分析了转子静态偏心时定子所受径向力随转子位置角的变化曲线,并对径向力进行频谱分析,揭示了径向力与电机振动的关系,为开关磁阻电动机振动和噪声的抑制奠定了基础。     

永磁同步磁阻电机径向电磁力及振动抑制

永磁同步磁阻电机(PMSynRM)具有高凸极性,磁场谐波含量高,容易出现振动噪声大的问题。以一款36S6P永磁同步磁阻电机为例,仿真研究了负载条件下的径向电磁力,分析了引起电机径向振动的主要磁场谐波。提出通过合理设计磁障跨角削弱磁场谐波,进而减小径向力波幅值,有效抑制电机径向振动。通过有限元仿真与样机振动测试验证了该方法的有效性。     

永磁同步电机电磁振动噪声抑制方法综述

论述了目前国内外永磁同步电机电磁振动噪声抑制方法的发展现状,梳理引起永磁同步电机电磁噪声的电机径向力、电机谐波以及磁致伸缩力,通过减小这些影响因素,可以达到抑制电机振动噪声的目的。例举现阶段优化电机结构和降低磁致伸缩力的有效方法,总结了需进一步研究的重点内容,为抑制电磁噪声的后续研究提供参考。     

Halbach结构永磁电机的电磁振动与噪声分析

针对转子为Halbach结构的永磁电机进行额定功率下的电磁振动和噪声分析，建立了永磁电机径向力波的解析表达式，并分析了引起振动和噪声的两类主要力波，通过解析法确定了电机的主要噪声源。为了表征Halbach结构电机的电机特点及其振动噪声性能，比较了Halbach结构和普通径向充磁结构的两台电机，针对这两台电机分别进行气隙磁密的分析，以及振动和噪声的比较。对比分析结果表明，Halbach结构的永磁电机转子轭部更薄，重量更轻，气隙磁密正弦度更高。但由于径向气隙磁密3次谐波含量的不同，Halbach结构永磁电机的主要激振频率下的振动加速度幅值相比传统径向充磁结构的永磁电机高出9.56%，总声压级高出0.65 dB。分析结果为机泵一体化装备的电机选择和设计提供了研究基础。     

基于转矩脉动和径向力的定子极形优化

由于开关磁阻电机有较大的振动和噪声,导致其在很多领域的应用受到限制。为了抑制振动,本文分析了电机振动产生的原理,分别从减小转矩脉动和径向力两方面出发,对原始模型进行了结构优化。首先,考虑到边缘磁通效应的影响,本文在定子齿顶部增添单侧极靴并进行磁导分析,通过调节气隙磁导以减小转矩脉动;在此基础上,依据麦克斯韦应力张量法,在定子齿弧面开设矩形槽,通过改善气隙磁密分布以降低径向力波峰值。有限元分析表明,该结构相对于原始模型,在平均转矩略微减小的情况下,实现了径向力波峰值和转矩脉动的降低。结合样机振动测试,进一步验证了该方案在减小振动上的合理性和可信度。     

新型轴向磁通双凸极永磁电机设计与建模仿真

设计了一种具有双定子的新型结构轴向磁通双凸极永磁电机。使用有限元方法对该新型电机进行分析,得到了空载情况下的自感、磁链等特性曲线。针对该新型电机的特点,给出了双凸极电机的数学模型。参照径向磁通双凸极电机的建模方法,结合获得的绕组自感和磁链数据,搭建了基于MATLAB/Simulink的电机转速、电流双闭环调速系统的模型,成功仿真出该电机的转速、电流、转矩等波形。系统的仿真结果表明该新型电机运行可靠、便于控制。     

开关磁阻电机转子径向电磁合力的解析建模

由于开关磁阻电机的双凸极结构及磁饱和特性的存在,运转过程中转子径向电磁力的表征缺乏系统有效的方法,造成电机转子振动和噪声分析困难。该文综合等效电路和麦克斯韦应力法,给出了单定子线圈激励下转子所受径向电磁力的表达式。在六对绕组分别采用方波电流和叠合电流激励的工况下,推导了偏心转子运转过程中所受径向电磁合力的解析表达式。在额定转速下,分析了转子所受径向电磁合力的时间历程和频谱分布规律。电磁有限元仿真计算表明该解析模型具有较高的精度,为后续分析开关磁阻电机转子的机电耦合振动奠定了基础。该文建模方法还可用于不同定转子极数的其他开关磁阻电机转子在运转过程中的径向电磁合力建模。     

开关磁阻电机振动分析

开关磁阻电机的电磁噪声来源于电磁振动,通过改变电机定转子结构,从而改变定转子气隙磁密,减小气隙中的径向磁密,同时减小径向电磁力与转矩脉动,达到抑制电磁振动的目的,减小了开关磁阻电机振动,并通过傅里叶分解径向磁密观察径向磁密谐波含量,分析定子振动。通过Ansoft求得电磁力密度加载到Ansys Workbench瞬态结构中定子上,观察定子结构应力变化。得到了新定子、转子结构能有效的改善电机的振动情况。     

Hybrid stepping motor vibration

This article presents a simple method to calculate the stator surface vibration of a unipolar four-phase hybrid stepping motor. The approximate radial magnetic force per pole is calculated by using a permeance model and its equivalent magnetic circuit. Based on the calculated radial magnetic forces and the measured stator mobility values, the radial vibration spectrum on top of a stator pole is estimated. The results have shown that there is a reasonable agreement between the calculated and measured radial vibration levels. This verifies the analytical approach which, due to the special structure and excitation of the motor, is significantly different from the technique commonly employed for vibration study for induction machines     

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。     

鼠笼异步电动机电磁噪声的仿真分析

依据鼠笼异步电动机电磁噪声产生的机理,该文从电磁力、机械振动和声辐射特性三个方面进行仿真得到电磁噪声。利用电压作为输入的场路耦合时步有限元模型计算电流、磁场和径向电磁力,并分析径向电磁力的谐波;基于机械有限元模型研究定子振动模态以及在电磁力激励下的振动响应;利用声学边界元模型计算电动机的辐射声场。试验测量结果验证了电磁噪声仿真计算的有效性。基于该文电磁噪声仿真方法可在设计阶段对电磁噪声进行定量预估,有助于低噪声电动机的设计研发。     

小型无刷直流电动机振动与噪声的研究

该文首先综述了无刷直流电动机的优点,比较了少槽小型无刷直流电动机的特点。给出了电动机相电势矢量图及绕组构成,分析了电动机径向不平衡电磁力产生的原因。然后对9槽无刷直流电动机电磁转矩进行了计算,比较了不同极数下电动机的转矩特性。利用磁场解析定量研究了具体电动机在矩形波驱动电流换相时的径向不平衡电磁力,比较了在产生相同电磁转矩情况下电机径向不平衡电磁力的相对大小关系,分析了对电动机振动及噪声的影响。最后利用超小型加速度传感器对样机径向振动进行了测试,在无音实验室对样机的噪声进行了测试。实验证明了计算分析结论的正确性,为小型无刷直流电动机的设计提供了参考。     

高速隐极同步发电机电磁振动分析及抑制

对高速隐极同步发电机气隙磁场以及径向电磁力波进行有限元仿真计算与分析,研究并总结了不同磁导率磁性槽楔和不同槽分度数对电机电磁激振力的影响规律,形成抑制该类电机电磁振动的优化方案。通过开展高速发电机机脚实测振动频率与电磁激振力波频谱对比研究,验证了径向电磁力波计算与分析的正确性。在此基础上,对优化方案下的电机电磁振动进行预估分析,转子齿谐波振动加速度级降低达13.5 d B,总振级降低4.6 d B,从而验证了优化方案的有效性,相关分析方法和优化措施为抑制该类发电机的电磁振动提供可靠的参考。     

绕组连接方式对开关磁阻电机振动影响的研究

开关磁阻电机（SRM）具有结构简单坚固、控制灵活简便等优点,但较大的振动和噪声在一定程度上制约了其在各行业的广泛应用。SR电机的绕组连接方式不仅会对电机的电磁性能带来影响,也会影响电机振动噪声的大小。径向力是引起开关磁阻电机电磁噪声的主要原因。本文针对四相8/6开关磁阻电机,分析NNNNSSSS、NSNSSNSN这两种常用绕组连接方式下磁链和径向力差异;并以径向力为激励建立SR电机振动的有限元模型,研究不同绕组连接方式对振动响应的影响。通过实验进行验证得到结论:当SR电机运行在磁路饱和工作状态下,采用NNNNSSSS定子极性排布的连接方式更有利于减小电机运行时的振动。     

Vibration Suppression of a Flexible Shaft With a Simplified Bearingless Induction Motor Drive

In this paper, we present new strategies of vibration suppression in flexible shaft of a motor with active and passive magnetic forces. Shaft magnetic damping originates from the principle of a bearingless motor having a radial magnetic force generation. Radial force is used for shaft vibration suppression to go through the first critical speed. Simplifications are described in a suppression force system. We propose the elimination of a power source with self-excitation, as well as the elimination of sensors, controllers, and inverters, although the effectiveness is limited.     

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。     

用十二区段法抑制低速时直接转矩的电磁振动

针对低速时直接转矩控制下电机电磁振动较大的问题。运用转矩和磁链解耦的方法对电机电磁转矩和磁链的运动规律对其进行了分析,并从切向力和径向力两方面分析了电机的振动和转矩磁链的关系,提出使用十二区段法来来减小转矩和磁链的非线性变化,从而减小了电机由电磁力引起的振动。使用Matlab搭建十二区间直接转矩下的电机的振动模型,验证了使用该法降低直接转矩控制下电机电磁振动的可行性。     

无刷直流电动机的径向不平衡电磁力对振动噪声的影响及其削弱方法

比较了9槽8极和9槽10极无刷直流电动机的特点，分析探讨了无刷直流电动机负载情况下径向不平衡电磁力的性质、对电动机振动噪声的影响，介绍了振动和噪声的实验结果及其削弱方法。