永磁同步电机常用转子结构的电磁振动分析

由于转子永磁体和定子铁芯之间存在极强的电磁吸力,当转子旋转时会引起电机定子的机械振动。现对不同转子结构的永磁同步电机的电磁振动问题进行分析比较,包括表面式、内置式转子结构,其中内置式转子结构又分径向式和切向式转子结构。首先分析了永磁电机内部的电磁力分布,通过二维电磁场的分析计算,可以得到在不同转子位置时电机内部的电磁力分布。将电磁力耦合到电机的瞬态结构有限元模型中,可以计算得到永磁同步电机的振动特性。     

混合定子铁心再制造电机应变数值仿真与转矩不平衡分析

提出将永磁电机的机壳、端盖、转子等零部件留用,定子铁心更换为由非晶合金叠片和硅钢叠片轴向混合叠压而成的混合定子铁心的永磁电机再制造方式。以一台混合定子铁心再制造电机为对象,分析了电机的空载气隙磁密轴向分布规律;计算了非晶合金定子和硅钢定子对应的径向力密度,应用电磁机械耦合模型对再制造电机应变进行数值分析;研究了再制造电机单位电磁转矩轴向分布规律,给出了再制造电机电磁转矩计算公式,发现了非晶合金定子和硅钢定子对应电磁转矩不相等引起的转矩不平衡现象,分析了转矩不平衡对转子铁心的影响。制作了再制造电机并进行了振动试验,试验结果证明了分析的正确性。     

基于混合定子铁芯的车用再制造永磁电机性能研究

针对混合定子铁芯层数对再制造电机转矩和损耗性能的影响问题,对3层、5层和7层混合定子铁芯再制造电机进行了分析。给出了不同层数混合定子铁芯硅钢段和非晶段的损耗计算公式,研究了不同层数混合定子铁芯磁密轴向分布规律,分析了不同层数混合定子铁芯的损耗分布;计算了再制造电机单位电磁转矩和单位电磁转矩轴向分布曲线,分析了不同层数再制造电机转矩性能;选取3层混合定子铁芯制作了再制造电机样机,并进行了台架实验。实验结果表明:再制造电机损耗降低、转矩提升、效率提高,验证了再制造电机的可行性。     

磁致伸缩效应对永磁同步电机振动噪声影响分析

在永磁同步电机振动噪声的研究中,人们往往只考虑径向电磁力的影响,忽略定子铁心硅钢片的磁致伸缩效应。首先分析了电机电磁场和机械场耦合问题的数学模型,然后建立了一台8极36槽永磁同步电机二维和三维模型,结合磁致伸缩特性测量曲线,计算了有无磁致伸缩效应情况下电机的径向电磁力,并进行了谐波分析。最后进行了模态分析,并计算了有无定子铁心磁致伸缩效应时电机的振动特性与噪声幅值,确定了磁致伸缩效应对电机振动噪声谐波分布的影响。     

采煤机永磁传动系统电机定子振动特性研究

为了降低采煤机永磁传动系统中的电机定子振动，基于永磁体磁链模型，结合电机矢量控制建立考虑齿槽效应的永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，简称PMSM）模型。对包含永磁同步电机、齿轮传动系统、截割滚筒负载特性的采煤机永磁传动系统机电耦合动力学模型进行仿真，得到有载工况气隙永磁体径向磁通密度与电枢电流径向磁通密度。在此基础上，分析了定子硅钢芯与非晶合金芯的电磁力、磁致伸缩力、振动位移与共振点。定子为硅钢芯时，磁致伸缩力最大值达到电磁力的23.8%，在电机转速为393 r/min时出现激励频率18fm引起的共振现象；定子为非晶合金芯时，磁致伸缩力相较于硅钢芯时明显增加，最大值达到电磁力的58.5%，在电机转速为288和433 r/min时出现激励频率18fm和12fm引起的共振现象，在实际使用中应加以注意。     

电气设备的诊断技术（5）

(2)电机机械系统的振动特性 前面已阐明电磁激振力的大小与频率及模态形状。它们是由于电磁力的作用,使电机的定子铁芯振动并进一步将这一振动传递到框架而发生的振动。由于定子铁芯较厚,刚性也高,所以铁芯框架组成的机械系统的动刚度基本上由铁芯所决定。 为避免出现振动和噪声问题,应使机械系统的固有频率远离电磁激振力的频率。因此必须了解有关电机定子铁芯固有频率的知识。 ①定于铁芯的固有频率及振动模态。感应电机由于前述的电磁力的作用,铁芯一框架机械系统以固有模态形式及固有频率振动。感应电机根据其结构,二极电机m=2(椭圆模态),四极电机m=4(4角形模态),以相应的形式振动,并放射出声音(图7)。     

小型非晶三相感应电机铁芯的性能

以常见的小型三相异步电机为研究对象,建立了三相异步电机模型,并用铁基非晶材料和硅钢材料分别制作了异步电机的定子铁芯,研究了非晶铁芯与硅钢铁芯的性能和特点。采用软磁交流测试系统对两种材料制成的铁芯进行了交流损耗和矫顽力的测试,测试结果显示:在相同的频率和磁感应强度下,非晶铁芯损耗仅为传统硅钢铁芯损耗的1/3左右,而其剩磁仅为传统铁芯剩磁的1/4,表明非晶铁芯的损耗和矫顽力远小于硅钢铁芯的损耗和矫顽力,且工作频率越高,二者数据差别越大,说明非晶材料较硅钢材料具有更优异的软磁性。建立了三相异步电机的有限元分析模型,对非晶合金铁芯电机和传统硅钢铁芯电机进行了有限元求解。结果显示,采用非晶定子铁芯的电机比传统采用硅钢定子铁芯的电机更加高效节能。该研究成果为深入开展铁基非晶材料在异步电机中的应用提供了参考。     

永磁同步电机振动特性研究

在永磁同步电机中,振动会对电机性能造成严重的影响。为探究永磁同步电机的振动特性,本文以一台表贴式永磁同步电机为研究对象,首先利用有限元法对其气隙磁场进行了了仿真分析;计算了气隙磁密与电磁力,并将其进行傅里叶分解;再次对电机的定子与机壳建立了三维模型,计算了该电机的各阶模态及频率;最后将电磁力加载到电机定子齿部,对该电机进行了振动谐响应分析,计算了在电磁力作用下电机的位移曲线,进而对该电机的振动特性进行了分析。     

永磁同步电机定子振动特性分析

为了研究永磁同步电机电磁力导致电机振动与噪声问题,采用有限元法对电机气隙磁密进行分析,得到电机在空载运行时的气隙磁场和径向电磁力;接着对永磁同步电机定子系统进行模态分析,获得电机定子系统结构固有频率,分析了径向电磁力对电机模态振动影响;同时采用模态试验,并将有限元仿真数据与模态试验数据进行对比,验证了有限元模态分析的可靠性。结果表明:该永磁电机定子径向电磁力波频率与定子结构模态频率相差较大,不会因电机径向电磁力产生共振.,相关研究工作为永磁电机设计与优化提供参考。     

基于电磁力分析的永磁同步电机研究及优化

针对永磁同步电机中电磁力作为电磁噪声主要激励源的问题,仿真分析12槽4极永磁同步电机径向电磁力的分布,从谐波成分和幅值两方面研究径向电磁力,并与电机固有频率相比较,判断径向电磁力是否容易造成共振。通过对比分析不同定子槽口宽度和磁体宽度对径向电磁力的分布及谐波幅值的影响,为进一步研究电机电磁噪声提供仿真分析依据,同时为电机优化设计提供参考。     

永磁同步电机减振优化分析

永磁同步电机应用广泛，其振动噪声的研究备受关注。以一台7.5kW 8极48槽内置式永磁同步电机为研究对象，通过转子修型和定子斜槽方法进行振动噪声优化。对永磁同步电机的径向电磁力波阶次和噪声主要来源进行分析。通过转子修型和定子斜槽方法，抑制永磁同步电机的振动噪声，并通过有限元法对比分析优化前后永磁同步电机的各项电磁性能。对永磁同步电机定子进行锤击法模态测试，并进行样机空载振动噪声测试，对样机不同频段的振动特性进行分析。通过研究确认，转子修型和定子斜槽可以有效降低永磁同步电机的振动噪声。     

永磁同步电主轴电磁振动研究

建立了永磁同步电主轴电磁场和电磁振动有限元仿真模型,借助MATLAB软件对振动仿真结果进行频谱分析,得到了电磁力波的波次和频率。将仿真结果与实测加速度频谱进行比较,验证了该有限元模型的实用性。分析了永磁同步电主轴电磁振动产生机理。确定了电磁振动产生的原因是径向电磁力引起的电主轴定子的共振。提出电磁力波形重构的分析方法,消除了与定子结构固有频率相近的谐波成分,从而降低了电主轴的电磁振动。为永磁同步电主轴减振研究提供了一种新的方法。     

盘式永磁电动机振动与噪声特性的研究

通过对盘式永磁电动机三维磁场的计算,得出了盘式永磁电动机三维磁密分布.利用Maxwell应力张量法对气隙轴向电磁力进行计算,并对力密度进行谐波分析,用数值方法找到了产生轴向电磁力谐波的规律.电动机模态分析是确定电动机定子在轴向电磁力作用下是否发生共振的重要手段.文中用三维有限元法计算了5kW盘式永磁电动机的前10阶模态.为定子振动模态阶数与声辐射系数关系的研究及振动和噪声值的预估奠定了基础.最后,通过盘式永磁电动机噪声和振动的实验研究,验证了轴向电磁力波频率与振动模态频率的关系.     

永磁同步电机低频谐波电流对电磁噪声影响

为研究永磁同步电机(PMSM)中低频谐波电流对电磁噪声的影响,通过ANSYS Maxwell电磁仿真软件,计算正弦波电流源及含五次和七次低频谐波电流源产生的电磁力,同时分析定子组件各阶模态;利用LMS Virtual Lab声学仿真软件分析对比正弦波电流源及含五次和七次低频谐波电流源2种激励下电机产生的电磁噪声。仿真结果表明,五次和七次低频谐波电流的加入增大了电机4倍和6倍电流基波频率处的电磁噪声。     

SR电机定子振动的机电类比分析

SR电机的电磁振动、噪声与其定子振动特性密切相关，如何在设计阶段分析SR电机定子振动特性对于有效抑制SR电机电磁振动、噪声有十分重要的意义。作者基于机电类比法研究了SR电机定子设计参数对其振动特性的影响，所得结论有助于进一步开展SR电机振动理论及控制研究。     

基于模态分析的定子各向异性材料参数矫正方法

准确计算电机定子的模态振型和固有频率是降低电机噪声和振动的基础,目前,学者对于定子铁芯和绕组材料属性参数设置存在争议.对一台2.2 kW永磁无刷直流电机定子系统进行模态仿真分析和试验测试.首先,赋予定子铁芯和绕组各项异性材料,通过有限元软件分析电机模态频率与各项异性材料参数之间的关系,根据模态频率变化规律,提出一种基于...     

基于ANSYS Maxwell仿真变压器绕组振动受力分析

为了研究负载状态下变压器绕组振动受力分布及大小,对变压器绕组进行了电磁仿真与电磁力分析。电磁仿真使用了有限元软件ANSYS中的电磁场分析模块Maxwell,利用有限元电磁仿真得到一次额定电压下的绕组铁芯电磁密度云图及各绕组感应电压与电流,从而确定各个绕组负载状态下所受电磁力及分布,为研究变压器振动噪声提供了理论基础。     

三相交流永磁同步电动机电磁振动的理论建模与分析

交流永磁同步电机效率高、寿命长、运行可靠、维护简单,是未来调速电机重要的发展方向之一,对其电磁振动建模分析是研发低噪音交流永磁同步电机的基础。从永磁同步电机的结构出发,推导了三相交流永磁同步电机的磁密、径向电磁力以及振动的理论模型,从理论角度对永磁同步电机电磁振动的影响因素进行了分析,并给出了电机电磁振动的主要频率。通过理论建模和仿真分析得出,当永磁同步电机槽数接近2倍、4倍、6倍或8倍电机极对数时,电机产生振动频率为2倍、4倍或6倍基波频率的振动。这一结果的提出为设计同类型的永磁同步电机提供了参考依据。     

多源激励下电机-减速器一体化系统NVH的研究

针对电动汽车中的噪声、振动与舒适性问题,对电动汽车电机-减速器组成的动力总成系统进行了振动与噪声的研究。首先提出了一种综合考虑电机-减速器总成系统的建模方法,并针对该模型进行了模态分析;根据实际需求设计了电机-减速器的基本参数,分析了使得电机与减速器振动与噪声的主要激励源;然后针对电磁激励与机械激励,对电机-减速器系统的影响进行了振动与噪声分析;最后进行了多源激励作用下,动力总成振动与噪声特性的仿真与实验验证。研究结果表明:多源激励下电机-减速器动力总成系统的仿真结果与实验结果相符合,验证了所提出的永磁同步电机与减速器动力总成建模的正确性,说明该模型可以用于实际工程的优化设计。     

永磁同步电机激励特性分析

分析了永磁同步电机振动激励的特性。从电机的噪声来源角度看,电机振动主要分为机械振动、电磁振动和空气引起(带风扇)的振动。电机的机械振动包括转子不平衡(可分为静不平衡、偶不平衡和动不平衡三种类型)、转子不对中、滚动轴承振动等;电机的电磁振动包括径向电磁振动和切向电磁振动,前者影响动力总成壳体的振动声辐射性能和悬置系统以及传动系统的高频振动性能,后者对车辆传动系统低速扭转振动的影响比较大,从而进一步影响整车的振动和噪声。随着电动汽车技术的发展和环境保护要求的提高,对引起电机噪声的激励进行深入细致的分析显得十分必要。