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。

永磁同步电机电磁振动噪声优化方法研究

分析了永磁同步电机电磁振动噪声原理,计算了一台4极/6槽内置式永磁同步电机多转速下的电磁振动噪声,并通过二维傅里叶分解分析其径向电磁力谐波分量。提出一种新型定转子结构,建立以噪声和转矩脉动为目标的多目标优化数学模型,并采用响应面算法确定最优的设计参数。对优化前后电机的电磁振动噪声进行了仿真对比。结果显示,电机结构优化后,转速3500 r/min运行时电磁振动噪声减小较为明显,从62.02 dB削弱至53.53 dB;平均转矩基本无变化,转矩脉动有所减小;多转速运行时,电机振动噪声整体性能亦得到改善,验证了该结构优化对电机电磁振动噪声有较为明显的抑制作用。

分数槽集中绕组永磁同步发电机电磁振动噪声分析

采用分数槽集中绕组的设计给永磁同步发电机带来更高效率、更小体积的同时也会使得电机的振动噪声问题更加突出。为确定永磁同步发电机电磁振动噪声的主要产生源,文章从永磁同步发电机的二维气隙磁场出发,依据Maxwell张量法得到径向及切向电磁力的表达式,分析了电磁力波的谐波来源与谐波特征。建立永磁同步发电机的电磁-结构-声场多物理域有限元仿真模型,提出通过单独加载径向力与切向力,对比分析了径向力与切向力引起振动噪声的贡献度,通过模态试验与振动噪声试验验证了解析模型建立的正确性与仿真模型建立的准确性,研究结果为永磁同步电机电磁振动噪声问题的分析与优化提供参考。

磁极优化降低表贴式永磁电机电磁振动噪声

磁极偏心距和极弧系数是表贴式永磁电机的重要设计参数,对电机电磁振动和噪声有重要影响,而现有研究主要停留在上述参数对径向电磁力波的影响,并未进一步研究如何通过上述参数削弱电机电磁振动和噪声。建立径向气隙磁密关于极弧系数和磁极偏心距的解析模型,推导出径向电磁力波解析表达式。编写电机电磁振动噪声计算程序,以一台4.2kW表贴式永磁电机为例,计算出不同极弧系数及磁极偏心距下电机电磁振动噪声值。结果表明,随着磁极偏心距增大,电机振动噪声有减小的趋势,当极弧系数为0.9左右时,电机电磁振动噪声降到最小值。有限元仿真验证了该结论的正确性。

电动汽车用永磁同步电机电磁振动噪声分析及优化

电机径向电磁力是引起电机电磁振动噪声的主要原因,本文应用Maxwell应力方程推导出电动汽车用永磁同步电机径向电磁力的解析表达式,并在此基础上分析总结了永磁同步电机各径向电磁力的来源及阶次和频率。转子结构的改变将影响电机磁场的分布,从而进一步影响电机的径向电磁力及电磁振动噪声水平。本文以一台电动汽车用永磁同步电机为研究对象,为削弱电机的电磁振动噪声,提出了方案1和方案2两种转子结构。分别对方案1、方案2和原样机进行电机电磁力和电磁振动噪声数值计算和对比分析。对比分析结果表明,方案2的转子结构能有效改善电机的电磁振动噪声。本文的分析结果为电动汽车用低振动噪声永磁同步电机的设计提供了研究基础。

基于波形重构法的永磁电机电磁振动噪声计算研究

提出了基于波形重构法的径向气隙磁密和径向电磁力波解析计算方法,简化了永磁电机电磁振动和噪声(EVAN)的计算过程,解决了永磁电机径向电磁力波计算较为复杂的难题。首先介绍了波形重构法计算永磁电机EVAN的理论依据。然后,以1台永磁电机为例,详细介绍了运用波形重构法计算永磁电机电磁振动噪声的具体步骤。最后,对电机EVAN进行多物理场有限元仿真,将波形重构法计算结果与有限元仿真结果对比,在误差允许范围内二者的计算结果具有一致性,由此验证了波形重构法计算电机EVAN的准确性。

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。

内燃机车永磁直驱电机电磁振动噪声分析

针对我国目前内燃机车牵引传动系统主要采用异步电机结合齿轮箱的传动方式导致传动效率低、传动结构复杂、故障率高等问题,提出一种内燃机车抱轴直驱永磁电机新型牵引传动系统,具有传动效率高、结构简单、可靠性高等优势。阐述了内燃机车抱轴直驱永磁电机的基本结构与设计方法,分析了抱轴直驱永磁电机的电磁性能和径向电磁力,并对额定负载运行时电机的电磁振动噪声和模态进行分析对比,为内燃机车抱轴直驱永磁电机安全可靠运行提供了合理依据。

无人机17kW电机振动噪声分析与巡航转速下尖端噪声优化

随着无人机的迅速发展,噪声问题影响消费者体验及AI交互、语音识别等技术,限制了无人机应用潜力。该文针对一台17 kW无人机用外转子永磁同步电机进行研究。为降低电机尖端振动噪声,且保留原电机电磁性能,重点提出优化磁极和定子开槽的方法。具体以平均转矩、转矩脉动等作为约束条件,构建多目标优化数学模型,并利用混合粒子群优化算法求解。该文深入探讨磁极参数、定子开槽对低阶次径向气隙磁通密度空间谐波特征的影响。并对电机转子模态仿真,以研究径向电磁力与空间模态的作用机理。在多转速情况下,以巡航转速为重点,分析整体电机电磁振动噪声特征。最后,仿真和实验结果表明,电机在巡航转速下的尖端噪声显著减小。验证了优化结构对无人机电机尖端振动噪声有明显抑制作用,对解决无人机噪声问题具有重要意义。

励磁电流对TMPS-HESM振动噪声影响的仿真分析

为了研究励磁电流对切向聚磁型并联结构混合励磁电机(TMPS-HESM)振动噪声的影响,根据TMPS-HESM切向聚磁特点,建立电机等效磁路模型和Maxwell有限元仿真模型,在不同励磁电流条件下仿真分析了与电机振动噪声有关的转矩脉动、气隙磁密和电磁力等电磁性能。利用ANSYS Workbench仿真平台搭建了电磁振动噪声耦合仿真模型,计算了不同励磁电流条件下电机的振动响应与噪声变化。结果表明:励磁电流对混合励磁电机转矩脉动影响较小,对电机径向电磁力谐波(8,2f1)、(16,4f1)、(0,12f1)分量影响较大,是造成电机振动噪声的主要原因,其中(0,12f1)分量虽然与其它分量不是一个数量级,但仍会恶化电机振动噪声。

定子槽结构的永磁同步电机振动噪声优化

为改善永磁同步电机一阶齿谐波引起的振动噪声,基于ANSYS Workbench多物理场耦合平台,对电机电磁噪声进行联合仿真,优化电机振动噪声.分析一阶齿谐波引起的振动噪声所在的空间与时间阶次,通过对定子结构优化的方式降低电机的振动噪声.分析定子槽的各种参数对电机气隙磁通密度的影响,并通过回归分析的方式得到其对电机气隙磁密的回归模型,利用优化算法找到最适合定子槽参数.经仿真分析表明优化后的电机气隙磁密得到明显改善,0空间阶次由12倍电磁频率引起的48时间阶次的电磁噪声得到显著降低,证明优化方案的可靠性.

永磁同步电机磁固热多物理场耦合振动噪声分析

针对永磁同步电机的电磁振动噪声多物理场耦合问题,在磁固耦合的基础上,考虑温度场对电机结构和电磁特性的影响,通过有限元法提出一种磁固热多物理场耦合模型,分析在热应力和电磁力共同作用下电机的结构变形,突出对比强弱耦合变形情况下电机电磁力及振动噪声情况。以一台6极36槽内置式永磁同步电机(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor,IPMSM)为研究对象,综合考虑磁场、温度场和结构场多物理场耦合作用,建立永磁同步电机有限元模型,用ANSYS Workbench准确计算电机各种损耗并进行温度反馈,并通过实验验证模型准确性。结果表明,考虑温度分布和结构变形有助于准确预测和评估电机的振动噪声水平。

基于混合谐波注入的潜水感应电机电磁噪声削弱

针对感应电机在变频供电时会在绕组中产生时间谐波而导致电机的电磁振动和噪声增大的问题,提出了一种采用混合谐波注入的改进型正弦脉宽调制控制策略。以一台1120 kW的潜水感应电机为研究对象,通过对电机进行3、9次混合谐波注入,削弱了电压的调制波和载波谐波及其边带谐波分量,从而降低了电机的振动和噪声。对3、9次混合谐波注入方法中的谐波占比系数进行优化,进一步强化了对边带谐波的削弱效果,整体降低了电机噪声。最后通过对采用混合谐波注入方法的电机与优化前的常规电机进行铁耗、铜耗等方面的性能对比,验证了所提策略在不影响电机的基本性能的前提下,有效削弱了电机的电磁噪声。

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。

磁极偏心切向聚磁型并联结构混合励磁电机的振动噪声研究

以一台2.5 k W切向聚磁型并联结构混合励磁电机为研究对象,研究切向聚磁型并联结构混合励磁电机磁极偏心对电机振动噪声的影响。根据电机电磁振动噪声相关理论,建立磁极偏心切向聚磁型并联结构混合励磁电机模型,采用磁极偏心优化其气隙磁密畸变率和电磁噪声,分析该电机在优化前后径向电磁力的阶次、频率特征,并对该电机的定子进行模态分析,利用ANSYS Workbench仿真平台搭建电机振动噪声耦合模型,计算优化前后电机的振动响应与噪声变化。结果表明:采用磁极偏心能有效优化电机气隙磁密和电磁力密度,气隙磁密谐波畸变率显著下降,电磁力(16,4 f1)分量幅值减小74%,从而可达到抑制电机振动噪声的目的。

永磁同步电机振动噪声仿真研究

NVH仿真分析可以在设计阶段预测电机的电磁振动噪声特性,从而提出电机电磁优化设计方案。本文搭建一永磁同步电机的有限元模型,施加合理的材料属性和约束条件进行NVH仿真计算,并通过样机测试,验证仿真的准确性。

基于定子辅助槽永磁电机电磁激振力削弱研究

电磁振动噪声是电机噪声的主要来源,直接影响电机的NVH性能,而径向电磁力是产生电磁振动噪声的主要原因。针对9槽6极电机低阶径向电磁力产生振动噪声大的问题,首先基于Maxwell应力方程推导分析径向电磁力的表达式,指出定子电枢槽开口改变了空载径向电磁力最低非零阶数的现象;提出在定子齿顶开辅助槽的方法,对比研究了不同开槽数和开槽尺寸对气隙磁导的影响;通过定子齿开辅助槽改变气隙磁导分量,研究了不同开槽方式对低阶径向电磁力和齿槽转矩的影响,基于此确定合理的开槽方案并通过多目标算法获取电机最佳开槽参数。结果表明,对于分数槽永磁电机,定子齿开辅助槽能够有效降低电机空载低阶电磁激振力。

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。

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。

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1500 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。