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。

笼型异步电动机径向电磁力波的有限元计算

建立笼型异步电动机的场路耦合时步有限元模型,通过定子相电流仿真波形和实测波形的谐波比较验证有效性。基于该模型计算气隙磁通密度,进而利用经典的Maxwell应力张量法计算径向电磁力。气隙磁通密度和径向电磁力均随空间和时间变化,利用二维傅里叶分析分别求解它们的谐波;并探讨齿槽和转差率对磁通密度和径向电磁力的影响,以及磁通密度波和径向电磁力波之间的关系。将径向电磁力波和实测电磁噪声频谱进行了分析和对比,结果表明径向电磁力波的计算是合理有效的。利用本文方法计算的径向电磁力及其谐波可应用于在设计阶段对电磁噪声的分析。

交错磁极混合励磁同步发电机径向电磁力波分析

对交错磁极混合励磁同步发电机的径向电磁力波进行分析,首先介绍该发电机的基本结构,并对全永磁部分的径向电磁力波进行解析分析,考虑环形励磁绕组直流偏磁效应,定性得到对永磁同步发电机电磁振动影响较大的力波分量的来源、频率以及阶次;然后利用三维有限元法对该发电机的径向电磁力波仿真计算,通过对全永磁部分、辅助励磁部分的径向电磁力波定量分析,揭示了全永磁部分与辅助励磁部分都具有奇数倍频径向电磁力波的特点,并对各自的原因进行分析,以及总结了该发电机沿轴向方向径向电磁力波变化的规律;最后,通过测量发电机机脚振动加速度验证了径向电磁力波仿真分析的正确性。

小功率表贴式永磁同步电机径向电磁力波特性研究

采用解析法推导出表贴式永磁同步电机径向电磁波的解析表达式,在此基础上求取了径向电磁力波分量的幅值、阶次和频率。分析了径向气隙磁密谐波对径向电磁力波的影响,提出了运用3p阶气隙磁密谐波削弱二倍频径向电磁力波,进而降低电机振动噪声的方法。建立有限元仿真模型对所提出的方法进行验证,证明了所提方法的正确性。

一种永磁同步电主轴转矩脉动和电磁力波的抑制方法

针对磁极为平行充磁且两边平行的表面式永磁同步电主轴存在转矩脉动和径向电磁力波的问题,提出一种磁极结构优化方法以抑制转矩脉动和径向电磁力波。基于等效面电流法建立磁极表面半径为任意值的永磁同步电主轴转子气隙磁场的解析模型;综合研究转子气隙磁场对定子开槽电主轴转矩脉动、径向电磁力波的影响;在最小气隙长度不变的前提下,确立优化目标(气隙磁通密度的谐波和幅值),并通过迭代计算的方式得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案(方案一结构和方案二结构);最后,通过有限元法验证转子气隙磁场解析模型的有效性,并对原结构电主轴、方案一结构电主轴和方案二结构电主轴的转子气隙磁场谐波、转矩脉动、齿槽转矩、平均转矩和径向电磁力波进行对比分析。结果表明:该优化方法可以得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案,实现原电主轴指定阶次磁通密度谐波、转矩脉动和径向电磁力波的综合抑制。

横向磁通永磁直线电机电磁振动特性分析

横向磁通永磁直线电机的电负荷与磁负荷相互解耦,且各相之间相互解耦,易于实现模块化和多相化,因此在石油开采领域有着良好的应用前景。首先,该文基于磁场调制原理,对横向磁通永磁直线电机的径向电磁力波进行了推导计算,得出对径向电磁力波影响最大的因素为轴向气隙磁通密度分量与径向气隙磁通密度分量,在此基础上对径向电磁力波的时空特性与频谱特性进行仿真计算,得出电枢磁通密度对电机径向电磁力波的频谱特性的影响;然后,考虑到电机实际运行中可能出现的次级偏心问题,揭示偏心度的大小对径向电磁力波幅值的影响,并对比不同偏心度下的电机径向磁拉力与轴向磁拉力,定量分析偏心度对不平衡磁拉力的影响;最后,为避免共振,利用有限元软件对电机的初级进行了模态分析与谐响应分析,结果表明低速状态下横向磁通永磁直线电机的额定运行频率较低,不会引起初级的共振,适合用作往复式潜油电泵的驱动电机。

基于车用永磁同步电机转子结构的电磁噪声优化仿真分析

针对目标电机低速加速段中存在明显类似“口哨”的高频噪声的问题及电机量产降本原则,将48槽8极峰值功率62 kW的乘用车前驱动电机作为案例进行电磁方案设计。基于设计指标及存在问题设计了定子结构相同内置式转子拓扑结构不同的优化方案,推导计算了两电机方案气隙磁场幅值波形时空分布方程及电磁力表达式,建立了两电机方案有限元模型及电磁-结构声场耦合模型,仿真分析比较两电机气隙磁密及径向电磁力谐波含量。基于仿真结果得到优化方案,在不牺牲电磁性能的前提下削弱了低速段加速过程的0阶6f1径向电磁力,并使磁钢用量从1.474 kg降低到了1.371 kg,实现了降本目的。最后分别制作样机进行实验验证,结果表明优化方案明显削弱了低速段径向振动,降低了24倍频电磁噪声,与仿真结果相吻合。

电流谐波注入的车用永磁同步驱动电机振动噪声抑制

针对0阶空间径向电磁力波对整数槽永磁同步电机电磁振动噪声影响较大的问题,本文以电动大巴车用72槽12极内置式永磁同步电动机为研究对象,应用麦克斯韦张量和磁势乘磁导法,推导了径向电磁力波的径向解析式。分析了该永磁同步电动机中0阶径向电磁力波的主要来源和特征参数(频率和幅值),并对0阶电磁力波中对电磁振动噪声影响较大的频率分量进行了研究。采用定子绕组注入13次谐波电流的方法,削弱0阶径向电磁力波中12f_(0)引起的振动噪声,研究了该方法削弱振动噪声的机理。通过多物理场耦合仿真对比分析了谐波电流注入前后电机电磁振动噪声特性,结果表明注入13次谐波后2000 r/min的振动加速度削弱了51.7%,72阶噪声削弱了20.94%。最后通过实验验证了所提方法的有效性。

车用永磁同步电机电磁噪声的分析与优化

为降低转子旋转产生的径向电磁力波作用在定子齿上引起永磁同步电机(PMSM)的电磁噪声,以额定功率为60 kW的车用永磁同步电机为研究对象,通过分析径向电磁力波的产生机理,利用Ansoft Maxwell建立二维电磁仿真模型,求出其径向电磁力波,再利用二维傅里叶变换将径向电磁力波进行时空二维分解,转子不斜极电机的测试结果表明,0阶电磁力波引起的振型与电机结构的0阶模态耦合产生共振。最后,提出转子分段斜极以削弱齿谐波,降低0阶电磁力波的改进方案,电磁仿真和试验结果表明,改进方案电磁噪声明显下降。

大型水轮发电机转子动偏心电磁振动仿真

针对转子动偏心状态下某大型水轮发电机在不同励磁电流工况下的电磁振动问题,采用ANSYSRmxprt组件建立2D瞬态电磁仿真模型,通过麦克斯韦应力张量法分别求出水轮发电机定子铁芯齿端在25%、50%、75%、100%四种不同励磁电流激励下所受的电磁力密度频域分布;最后将电磁力密度各阶谐波加载到3D定子系统齿端,通过2D电磁与3D结构谐响应耦合分析获得转子动偏心状态下水轮发电机定子支座在空载变励磁工况下的振动频域分布。研究发现,水轮发电机转子偏心工况下电磁力波主要集中在一倍转频上,而电磁振动以一倍转频为主,同时随着励磁电流减少,电磁力密度和电磁振动逐渐降低。

转子分段斜极对永磁同步电机电磁噪声的削弱影响

为了削弱由齿谐波引起的电磁力谐波从而有效抑制电机的电磁噪声,推导转子分段斜极的径向电磁力波的解析式,分析分段斜极对永磁同步电机电磁噪声的抑制机理,讨论不同斜极分段数与削弱的齿谐波阶次之间的关系.基于MANATEE仿真平台,对48槽8极永磁同步电机进行不同斜极分段数下的径向电磁力波和电磁噪声仿真分析,得到斜极分段前后主要阶次的径向电磁力谐波在不同斜极分段数下的变化规律,分析分段斜极对电磁噪声的影响.研究结果表明:当齿谐波阶次为分段数的整数倍时,转子斜极无法削弱该阶齿谐波;当为非整数倍时,该阶次的齿谐波可以得到有效抑制,电磁噪声明显下降.样机的实测噪声与仿真结果基本吻合,验证了转子分段斜极降低电机噪声的机理及仿真分析的正确性.

船用异步电动机电磁振动有限元分析

针对船用YH系列异步电动机电磁振动问题,在分析了电动机电磁振动的源头是径向电磁力波的基础上,介绍了有限元计算径向电磁力波的基本原理,利用有限元仿真分析软件对比分析了不同槽配合、不同转子槽形、不同气隙长度的径向电磁力波各次谐波幅值,从而找出了各个电磁参数与船用异步电动机电磁振动的关系,首次提出了低振动低噪声交流异步电动机电机电磁设计准则。

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。

内置式永磁同步电机电磁噪声的削弱研究

内置式永磁同步电机具有高效率、高功率密度等优势,被广泛应用在各类驱动领域。本文以某用途48槽8极内置式永磁同步电机为研究对象,推导了径向电磁力波公式,分析了其影响电机电磁噪声的主要阶次,采用转子表面开圆弧形辅助槽的方法来削弱电磁噪声。通过有限元计算分析了优化前后电机的气隙磁场和电磁力密度变化,基于Workbench平台,仿真分析了电机的振动噪声。结果表明采用开辅助槽的转子结构减少了气隙磁场谐波,降低了全工况范围内影响电机电磁噪声的主要阶次电磁力密度,削弱了电机的振动噪声。

转子结构优化削弱车用永磁同步电机振动噪音

针对内置式永磁同步电机由低阶齿谐波引起的电磁力波产生的电磁噪声大的问题,以一款8极48槽内置式永磁同步电机为研究对象,结合麦克斯韦应力张量法与气隙磁场理论给出低阶齿谐波引起的主要噪声倍频。提出了采用转子分段斜极和转子开辅助槽的方法来削弱由低阶齿谐波引起的径向电磁力波,从而削弱该电机的电磁振动和噪音。建立了转子分段斜极的电磁力波解析模型,分析了转子分段斜极与转子开辅助槽对电机电磁噪音的削弱机理。建立了电磁有限元和结构声场耦合模型进行仿真分析,仿真结果表明由一阶齿谐波引起的0阶12f1电磁力在电机工作高速时接近定子0阶固有频率时会达到共振条件激发幅值大的噪音。样机噪声实验结果表明转子结构优化后有效削弱了由一阶齿谐波引起0阶12f1电磁力产生的48倍频电磁噪音。

表贴式永磁电机转子偏心故障快速诊断研究

针对表贴式永磁同步电动机(SPMSM)运行时转子发生偏心故障问题,提出一种利用振动速度频谱分析来快速诊断的方法。首先,运用解析法推导出转子未偏心时径向电磁力波(REFW)表达式,在此基础上通过引入静偏心修正系数ε(θ)和动偏心修正系数εd(θ),进一步推导出转子静偏心和动偏心时径向电磁力波解析表达式。通过解析分析表明:当转子静偏心时会新增阶数为(r±1),频率为kf 1的电磁力波分量;而转子动偏心时会新增阶数为(r±1),频率为(k±1/p)f 1的电磁力波分量。其次,运用有限元法(FEM)通过两台表贴式永磁电机实例验证了解析分析结果。最后,通过无线振动测试实验来验证运用该振动速度频谱分析法快速诊断电机转子发生偏心故障的可行性。

齿调制作用下转子开槽对永磁电机电磁振动影响

为了研究齿调制作用下转子表面开槽对永磁同步电机电磁振动的影响,以小功率分数槽集中绕组(FSCW)内置永磁同步电机(IPMSM)为研究对象,通过麦克斯韦应力张量法推导径向电磁力波的频率及空间阶数特征。分析齿调制作用在FSCW-IPMSM中将空间高阶电磁力波调制为低阶电磁力波的过程,并给出转子表面开槽在齿调制作用影响下与电磁振动间的联系。研究表明,转子表面开槽结构的改变会使各次谐波磁场发生变化,进而改变以极数阶电磁力波为代表的高阶电磁力波的幅值。在齿调制作用下,这些高阶电磁力波会被调制为幅值较高的低阶电磁力波,并引起不同幅度的低阶振动。然后建立C型、V型两种不同转子表面开槽结构的10极12槽FSCW-IPMSM电磁及结构有限元分析模型并进行仿真分析。结果表明,极数阶即10阶电磁力波会被调制为2阶并引起2阶振动,且两种不同开槽结构间的电磁振动存在着高达22.1%的差异。最后,在一台10极12槽样机上进行振动实验,验证理论与仿真分析结果。

基于转子结构优化的永磁同步电机噪声研究

以某型号车载永磁同步电机(PMSM)为研究对象,首先分析径向电磁力波的产生机理,建立电机电磁仿真模型得到径向电磁力的时空分布特性以及特定阶次的径向电磁力波幅值,然后以0阶径向电磁力波幅值的48倍频分量为优化目标,从转子结构优化的角度提出一种转子外表面开设辅助槽的方法,利用响应曲面法得到辅助槽参数对优化目标的影响程度,从而获得最优辅助槽参数并制作样机,最后对优化前、后的样机进行噪声测试,验证优化方案的可行性和仿真的正确性。结果表明,在保证电机性能稳定的前提下,优化后电机的电磁噪声明显改善。

三合一电驱动系统振动噪声分析研究

文章以某新型号的三合一电驱动系统为研究对象,分析了三合一电驱动系统噪声产生的几种机理,并通过实测满载匀加速情况下的噪声发现,控制器盖板的结构振动辐射噪声对驱动系统总声压级贡献最大;提出了从电机激励与控制器盖板两方面进行优化,通过对转子开槽减小径向电磁波,通过对控制器盖板进行周向加筋及加厚增加盖板的刚度,提高盖板的固有频率。有限元仿真和试验结果表明,优化后的系统电机径向电磁力波减小,盖板共振得到有效抑制,驱动系统噪声明显下降,测量得出采用新转子结构与5 mm加筋盖板的驱动系统的噪声整体下降约13.3 dB。

电动汽车用永磁同步电机的选型研究

为满足电动汽车轻量化、节能效果,车用永磁同步电机趋于向高扭矩密度、高功率密度、高效率、高转速化方向发展。考虑到控制器的成本控制,则必须限制电机的电流和反电动势,同时电机的振动和噪声也是不可忽视的,这给电机设计选型工作带来挑战。对比分析了四款电机,分别是36槽8极,48槽8极,72槽8极半极式、72槽8极整极式,其中72槽8极选用扁铜线绕组。分析出四款电机的空载反动势、齿槽力波、短路电流、气隙磁密、效率map、径向电磁力波、负载电压、热仿真等。根据分析结果和客户要求,可以指导选择合适产品。