永磁同步直线电机单齿切向电磁力分析

永磁同步直线电机是新一代高效高精度电子设备、数控机床等机电产品中最具代表性的先进电机技术之一。构建了永磁同步直线电机模型,不考虑边缘效应,建立了电机初级齿部所受单齿切向电磁力数学模型,并利用有限元分析软件对电机单齿切向电磁力和局部齿槽电磁力进行仿真计算。最后利用ANSYS Workbench平台对电机的模态和振动加速度进行计算,验证了切向电磁力在振动分析中的重要性。结果表明,局部齿槽电磁力波动是单齿切向电磁力产生振动的重要原因,通过合理调整电机初级齿部磁场分布,可以有效减小电机的振动,为该类电机的设计和优化提供了参考。     

考虑径向电磁力激励下永磁同步电机电磁噪声仿真分析

永磁同步电机产生的电磁振动噪声会对设备运行产生影响,为分析永磁同步电机定子受径向电磁力作用产生的电磁振动噪声特性,提出一种多物理场耦合的电磁振动噪声分析方案。以额定功率500 W、额定转速1 500 r/min的永磁同步电机为对象,采用RMxprt模块建立电机2D模型,基于Maxwell模块对永磁同步电机进行电磁瞬态分析,得到瞬态径向电磁力,通过谐响应分析得到瞬态径向电磁力作用下电机的振动频率,再耦合Acoustics ACT模块对振动噪声分析。分析结果可以反映出瞬态径向电磁力对电机噪声的影响,为抑制电机电磁振动噪声提供一种新思路。     

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。     

单相感应电动机的振动和噪声分析

从电磁场麦克斯韦方程出发，讨论了单相感应电机气隙中存在的径向电磁力波，研究了电磁原因产生的振动和噪声，特别强调了转子偏心，磁路饱和及字子固有振动特性的影响。     

内置式永磁同步电机不同转子拓扑结构的电磁性能及电磁振动噪声分析

为了研究转子拓扑结构对内置式永磁同步电机(IPMSM)电磁性能以及电磁振动噪声的影响,以8极48槽永磁同步电机为例,根据设计指标,分别建立单层和双层永磁体两种内置式转子的永磁同步电机有限元模型,两个模型在定子、绕组、永磁体用量及轴向长度上完全一致。首先,从磁路结构的角度分析交直轴电感的区别,并分别对电机的交直轴电感参数、转矩波动、空载反电势及其谐波含量和输出外特性进行有限元分析比较。其次,根据麦克斯韦张量法推导出径向电磁力密度的解析表达式,并分别将两台电机的气隙磁密和径向电磁力密度及经过傅里叶分解后的谐波含量进行分析比较。最后,建立电机的三维有限元模型,计算定子铁心和定子组件径向模态的振型及固有频率,并对两台电机的电磁振动噪声特性进行仿真分析比较。结果表明,对于内置式永磁同步电机,在永磁体用量相同的情况下,双层永磁体比单层永磁体的转子结构具有更加良好的电磁特性及电磁振动噪声表现。     

电磁力波与电机噪声的相关分析及控制要点

随着当今世界物质文明和精神文明的不断进步,人们对减少噪声污染,提出了越来越高的要求。在国民经济和日常生活领域,越来越多的电机进入豪华大厅和千家万户。因此,研究和控制电机的噪声问题,已成为国内外电机制造企业生存与发展的重要课题。 众所周知,引起电机噪声的因素很多,但最让人头痛心烦的噪声,还要数电磁噪声（特别是共振时）。电机的电磁噪声主要是由定转子谐波磁场相互作用而产生随时间和空间变化的径向电磁力波,促使定子振动而引起。电机负载时,负载电流的变化会产生较强的磁势谐波磁场,引起电磁噪声发生较大变化,故…     

悬浮载荷对无轴承永磁电机电磁力波及电磁噪声影响分析

无轴承永磁电机相比普通永磁同步电机增加了一套用于控制转子位置的悬浮绕组,产生悬浮磁场,使得气隙磁场发生畸变,改变电磁力,进而对电磁噪声产生影响。针对该问题,采用解析法推导归纳了无轴承电机电磁力波阶数和频率规律;针对交替极无轴承永磁电机,建立参数化有限元多物理场分析模型,进一步计算电磁力波的大小;通过仿真实验得出了悬浮电流大小和相位对电磁噪声的影响规律以及悬浮电流对多转速下电磁噪声的影响规律。     

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。     

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。     

变频压缩机电机电磁振动与噪声优化设计研究

针对变频空调压缩机电机低阶径向电磁力引起的电磁噪声问题,以某4极24槽永磁同步电机为研究对象,提取和处理径向电磁力,并对电机定子组件进行模态仿真,最后利用模态叠加法计算电磁振动、边界元法计算声辐射。本文新采用特殊材质隔声罩对非电机声源进行隔绝,同时提出一种新型转子辅助槽电机结构方案。与原方案电机的电磁力、振动及噪声进行仿真与测试对比分析,结果表明,新型转子结构能够有效改善电机4阶电磁噪声问题,分析过程对电机振动与噪声的正向设计优化具有重要的借鉴意义。     

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250 kW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。     

车用永磁同步电机径向电磁振动特性

随着转速升高和负载加重,车用高功率密度永磁同步电机的电磁振动和噪声问题逐渐突出,同时电动汽车对机械振动和噪声强度的限制却更加严格.针对这一问题,建立永磁同步电机沿空问分布的径向力波解析式,从电磁力波角度研究分析永磁同步电机电磁振动成因,并分析其分布规律以及电磁振动相关的影响因素.同时,进行两种实验样机的机械有限元分析,获取模态振型和频率特征的详细分析数据.最后,对实验样机高速下的振动和噪声特性进行实验测量和数值分析,验证了径向电磁力波解析式以及模态分析结论与实验测试数据频谱特征的一致性.     

变频器供电对永磁电机振动噪声源的影响研究

为了研究变频器供电时永磁电机振动噪声源的特征频率,采用有限元法计算变频器供电时永磁电机的气隙磁场并进行频谱分析,通过与实测气隙磁场的对比分析总结出变频器供电时气隙磁场的主要谐波频率表达式.根据麦克斯韦定律计算出作用在电机定子表面的电磁激振力,并加载到定子表面用来计算变频器供电时永磁电机的三维声场.对计算出的噪声声压级进行频谱分析,推导出变频器供电时气隙磁场谐波频率与电机振动噪声频率的对应关系表达式并进行实验进行验证.实验结果表明利用所得到的解析表达式可以预估出永磁电机在变频器供电条件下的主要振动噪声峰值频率.     

New International Electrotechnical Commission standards for regulating acoustic noise and vibration of electric machines

The results of a comparative analysis of the new International Electrotechnical Commission (IEC) standards for regulating the normative values of noise and vibration of electric machines and national standards valid in the territory of the Russian Federation are presented in this article. The most essential advantages and disadvantages of new IEC standards have been specified. Principal problems that domestic developers and electric machines manufacturers may experience due to the planned transition from local to new IEC standards have been considered.     

考虑磁致伸缩效应的可控饱和电抗器电磁振动分析

可控饱和电抗器由于其优良的工作特性,在电力系统和有色冶金等多种行业得到了广泛的应用。作为补偿用电设备,可控饱和电抗器能连续不断地调整其电抗值,改变其容量。由于可控饱和电抗器铁心结构的特殊性及交直流共同作用的工作特点,铁心的振动噪声较大,其振动噪声问题成为可控饱和电抗器应用发展的制约因素之一。本文基于开源型有限元分析软件建立了磁路-机械耦合模型,考虑电磁力与磁致伸缩效应作用,完成了不同工作状态下铁心磁场和振动的数值分析,得到了其磁场、振动的分布情况,为在设计上减少电抗器振动噪声提供理论依据和计算方法。     

Effect of the stator slot opening on the electromagnetic vibration in a squirrel-cage induction motor

Field harmonics produce a radial electromagnetic force in a squirrel-cage induction motor with a particular number of rotor slots corresponding to the number of poles. The radial force causes vibration and acoustic noise. In this paper, a simplified equation for the radial force at no-load is introduced, and the relation between the width of the stator slot opening and the radial force is discussed quantitatively. The field harmonic component produced by the interaction between the fundamental magnetomotive force due to the stator current and the pulsation of air-gap permeance dominates for the radial force. Furthermore, the vibration of the stator core due to the radial force is calculated under a simple assumption. The calculated results are verified by experiments.     

转子不同方式分段斜极对永磁同步电机噪声的影响

电磁振动噪声水平是衡量电动汽车舒适性的综合指标。径向电磁力是电磁振动噪声的主要激振源。对电动汽车驱动用永磁同步电机(PMSM)的径向电磁力进行分析,对径向电磁力时空分离得到的三维频谱图提取出对电磁噪声影响较大的时空阶次及力密度,再运用有限元法对转子不同方式分段斜极的PMSM进行振动噪声仿真,通过结果对比找到最优的转子分段斜极方式。     

螺旋线圈电磁发射器径向受力仿真与电枢设计

通过数值仿真,根据螺旋线圈电磁发射器(HCEL)驱动线圈的径向磁场分布,提出一种"D"形截面电枢并确定其最佳受力位置.计算表明,相同线度的"D"形电枢比矩形电枢加速度更大,即在炮长(弹丸加速长度)相同的情况下,"D"形电枢比矩形电枢具有更高的出口速度.以"D"形电枢为例,分析了弹丸线圈与驱动线圈上的轴向、径向受力分布....     

高速异步电主轴电机的电磁噪声分析

采用有限元法分析了高速异步电主轴电机定子结构的动力学特性(振型、固有频率),分别采用解析法和有限元法分析了电机在额定转速60 000 r/min下空载和负载的电磁力波,利用傅里叶变换对径向气隙磁密和径向电磁力波进行了谐波分析,得到了不同阶次不同频率下的谐波幅值。还将得到的电磁力波加载到电机定子相应节点处,对高速异步电主轴电机进行了电磁振动和声场分析,并计算出电机在空载和负载情况下产生的电磁噪声。     

Causes and characteristics of the electromagnetic vibration of a capacitor motor under load

Capacitor motors (CRMs) are widely used to drive industrial equipment and home electric appliances. Recently, reduction of the vibration and noise of CRMs has become increasingly important from the standpoint of environmental improvement. However, electromagnetic vibration of CRMs under load has not been sufficiently analyzed. The present paper theoretically and experimentally discusses the causes and characteristics of CRM electromagnetic vibration under load. The primary conclusions are as follows:

• (1) The general formula for the dominant electromagnetic vibration caused by electromagnetic force waves was derived, including the influences not only of a backward magnetic field but also of magnetic saturation.
• (2) The dominant electromagnetic vibration of CRMs is theoretically attributed to three types of electromagnetic force waves. Two types of electromagnetic force wave are generated by the interaction of two forward magnetic fluxes, such as those of a three‐phase squirrel‐cage induction motor, and the other type of electromagnetic force wave is generated under the influence of a backward magnetic flux.
• (3) The characteristics of the dominant electromagnetic vibration depending on the load and the running capacitance are subdivided theoretically and experimentally into three types based on the characteristics of the electromagnetic force wave and the equivalent circuit current.
• (4) The influences of magnetic saturation in dominant electromagnetic vibration have been verified experimentally and their causes have been clarified theoretically in relation to electromagnetic force waves. © 2005 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 153(4): 68–76, 2005; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20129