转子偏心对永磁同步电动机电磁力特性的影响

目的永磁同步电动机在变频供电下运行时,转子偏心将加剧电动机的电磁振动,并加大电动机电磁力特性的分析难度。为了研究永磁同步电动机转子偏心时的电磁力特性,方法提出一种快速电磁力特性解析分析方法,在建立电动机永磁体磁动势、定子绕组基波及谐波磁动势、气隙磁导函数的解析模型的基础上,构建电动机无偏心、静态偏心、动态偏心时径向电磁力的解析分析模型,并研究电动机电磁力的阶数成分、频率成分特征。结果经分析发现,与电动机不偏心时电磁力的阶数r和频率成分fk相比,电动机静态偏心、动态偏心时均会增加阶数为r±1和r±2的电磁力;电动机静态偏心时,新出现的电磁力的频率成分为f_(k);电动机动态偏心时,新出现的电磁力的频率成分为f_(k)±f_(1)/p,f_(k)±2f_(1)/p。搭建电动机本体和矢量控制电路结合的联合仿真模型,该模型能够反映电动机不同运行状态下绕组电感、永磁体磁链等参数的变化,利用该模型分别仿真分析电动机无偏心、静态偏心和动态偏心带载运行时径向电磁力的阶数成分、频率成分。仿真分析结果与解析分析结果相符,验证了本文解析分析方法的正确性。结论研究结果可为电磁振动的削弱、电动机故障的预测与诊断提供理论依据。

电流时间谐波对永磁同步电机电磁振动的影响

为了揭示电流时间谐波对电机电磁振动和噪声的影响,结合Maxwell应力方程解析计算了变频器供电时永磁同步电机的径向电磁力,并解析计算了径向电磁力的阶次和频率变化规律。指出变频器的供电使电机在低频和中高频频段产生的电磁振动和噪声均有不同程度的加剧。以一台48槽8极永磁同步电机为例,分别建立了变频器供电和正弦波供电情况下电机电磁有限元模型和结构有限元模型。通过ANSYS多物理场联合仿真对比了2种供电方式下电机的振动响应和噪声变化,验证了解析分析的正确性。最后通过实验验证了仿真的可靠性。

基于频域拟合的无轴承永磁薄片电机径向悬浮力建模分析

在无轴承永磁薄片电机系统中,永磁转子因失去轴承支承容易发生偏心位移,为控制转子在几何中心稳定悬浮,径向悬浮力精确建模是无轴承系统高性能可靠运行的关键基础。针对大气隙无轴承永磁薄片电机因转子偏心程度大而引起的径向悬浮力模型非线性误差问题,该文提出一种基于频域拟合的径向悬浮力精确建模方法,将非线性分量转化为相应函数补偿至径向悬浮力模型中,从而提高了模型精确度。首先,对推导一般径向悬浮力模型过程中出现的多个误差因素及其影响进行系统分析;在此基础上,提出频域拟合方法重构径向悬浮力模型,并分析其非线性特性;最后,将解析模型与有限元仿真所得到的可控径向悬浮力、偏心磁拉力进行深入对比分析,验证了该解析模型的正确性与精确性。

削弱表贴式永磁电机2p阶径向电磁力波幅值的磁极设计方法

电磁振动是影响电机性能的主要因素之一,针对瓦片形磁极永磁电机2 p阶径向电磁力波引起的电磁振动,提出优化磁极参数的方法用以改变高阶磁密谐波相位和幅值,进一步削弱2 p阶径向电磁力波幅值。根据径向磁密解析表达式,推导出2 p阶径向电磁力波与磁极参数的函数关系,分析各磁极参数对气隙磁密和2 p阶径向电磁力波的影响;进一步求得使2 p阶径向电磁力波幅值最小化的目标函数,并用内点法得到优化的磁极结构参数,对比分析优化前后有限元计算的电磁性能和2 p阶处的振动响应。结果表明,该优化设计磁极的方法可在不降低电机性能的同时,抑制2 p阶径向电磁力波引起的电磁振动。

不同极槽配合对永磁同步电动机电磁噪声的影响

对于永磁同步电动机,特别是分数槽电机,极槽配合的选取对电机的电磁噪声有着很大的影响,一个合适的极槽配合可以使电机的电磁噪声大为减小。故本文首先推导出不同极槽配合所含径向力波次数及力波频率的表达式,进而提出能够产生单边磁拉力的条件。其次,用3台不同极槽配合的电机进行试验,得出在不同频率下的电机噪声声压级频谱图,进而验证了前述结论的正确性。

永磁电机零阶径向力引起的齿槽频次振动

理论上采用斜槽可将齿槽转矩幅值削弱为零,但斜槽不能有效削弱力波次数为零的齿槽频次径向力。该文针对一台40极240槽的斜槽永磁电机的研究结果表明,零阶径向力产生的齿槽频次振动大于力波次数为极数40的2倍频径向振动,为电机空载时幅值最大振源。文中首先用解析法阐述了零阶径向电磁力产生机理,然后利用电磁场软件计算样机的空载气隙磁密和径向电磁力密度,并对二者分别进行二维傅里叶分析(2D-FFT),求取出不同阶次下(空间)对应频率(时间)的磁密和径向电磁力密度结果,利用气隙磁密结果分析出引起齿槽振动的主要谐波磁场,利用径向电磁力密度结果计算出由径向电磁力引起的定子振动水平,结果表明,零阶径向电磁力引起的空载齿槽频次振动为电机的主振频率,远大于非零最小阶次引起的2倍频径向振动,最后,样机试验结果验证了理论分析的正确性。

考虑变频器供电谐波电流作用下的永磁电机电磁力计算与分析

本文首先介绍了变频器供电永磁电机的工作原理,在此基础上对变频器供电时的永磁同步电机电磁力波进行了理论分析,给出了利用麦克斯韦应力法计算径向电磁力的方法,然后分别对变频器供电和理想电源供电下的一台永磁电机径向电磁力进行了仿真计算,最后与试验测试结果进行了对比分析,证明了采用该方法进行电磁力计算的正确性,所得结论为进一步研究变频器供电永磁电机的振动和噪声提供了理论依据。

水下电推进器用新型低噪声永磁同步电机设计

针对水下潜航器静音隐身的需求,本文提出了一种新型永磁同步电机。新型电机采用环氧树脂定子骨架,消除了径向气隙磁场产生的径向力,从根源上减少了径向电磁力的产生;为了弥补无铁心电机功率密度较低的缺点,采用了内外双转子双侧聚磁结构。此外,定子部件与机壳端盖轴向连接在一起,切断了电磁激振力到声辐射面的径向传导路径,进一步抑制了电磁噪声。通过有限元仿真,计算了新型电机的模态共振点和噪声等级,验证了新型永磁同步电机低噪运行的可行性。

一种滚筒BLDC电机电磁仿真分析方法研究及应用

在振动噪声领域,电磁振动噪声和电磁激励力一直是研究的热点和难点。通过建立电磁力仿真标准模型,得到气隙磁场的三维分布,制订3D FFT的处理流程,确定了电磁力的空间阶次和时间频率两大特性,从而解决了电磁力仿真标准化问题。为了验证本技术的实用性,选取两款电机进行电磁力仿真,测试这两款电机的电磁振动,与电磁力仿真结果趋势进行对比,确定了本方法的准确性。最后在某新品上进行验证,在设计阶段针对性的对原方案进行电磁力优化,最终通过制样电机对比两种方案电磁振动,电机2倍电频电磁振动下降53%,验证了本方法的有效性和实用性。

考虑到移相的倍频波注入方法补偿的影响分析

为使传统不移相的谐波电流注入具有更好的力波补偿效果,采用有限元法建立了移相倍频波注入的径向力波补偿模型,并与谐波注入的补偿模型进行对比。结果表明考虑移相的倍频波注入方法相比传统的谐波电流注入对径向力波的影响更大、补偿效果更好。

变频驱动下电机高频径向电磁力波研究

采用场路耦合法对永磁同步电机高频径向电磁力特征频率产生原因和主要组成成分进行研究。通过解析法分析谐波电流的产生机理及谐波特性,并利用数值仿真对其进行验证;结合磁动势−磁导法和麦克斯韦张量法分析出高频径向电磁力特征频率的分布;对有限元计算得到的气隙磁场进行时空分解,采用麦克斯韦张量法计算磁场相互作用产生的高频径向电磁力。结果表明,变频驱动下永磁同步电机的高频径向电磁力主要是由变频器谐波电流引入的谐波磁场和定子基波磁场的相互作用产生,这对永磁同步电机的研究提供了一定的指导意义。