永磁同步电主轴电磁噪声影响因素研究

发布时间：2017-04-25 14:23

  本文关键词：永磁同步电主轴电磁噪声影响因素研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近几年,随着电子电力技术、智能电主轴研究机理及新型材料的快速革新,永磁同步电主轴也在随之不断改进并得到了业内人士的广泛关注。永磁同步电主轴具有运行平稳、外观小巧、响应速度快等特点,在各个领域都有应用。电主轴的振动噪声是衡量其优劣与否的关键,而电磁噪声又是其主要成分,因此,对永磁同步电主轴的电磁噪声影响因素研究具有重要的实际意义。本文对永磁同步电主轴的振动特性进行分析,寻找影响电磁噪声的主要因素,通过对电主轴的结构参数进行改进,最后归纳出影响电磁噪声的规律。主要研究内容有以下几个方面:首先,利用三维设计软件对定子、机壳、端盖等主要结构进行建模,并用ANSYS软件对永磁同步电主轴定子结构进行模态分析,分析其模态频率及振型。引入复合材料弹性模量求取的方法,精确定子的固有频率。对定子进行谐响应分析,找出共振点,结合模态分析,确定定子的固有频率。通过改变电主轴定子外径,发现随着电主轴外径的增加,固有频率也随之增加,因此可以通过改变外径参数避开共振点,进而减小电磁噪声。利用有限元法计算定子机壳及加入底座、散热筋和端盖的固有频率,为简化永磁同步电主轴的整机模型提供了参考依据。最后,通过对电主轴进行整机模态分析与测试的模态分析结果进行比对,得到其固有频率。其次,由于电主轴气隙间的磁场作用产生的径向电磁力是引起电磁振动噪声的主要因素,因此本文对一台8极36槽的永磁同步电主轴径向电磁力进行主要研究。利用ANSYS软件对永磁同步电主轴的二维电磁场进行有限元建模,分析求解气隙磁场时,采用时步有限元法理论,可以快速高效地得到转子旋转一周气隙中随时间和空间变化的磁通密度。通过Maxwell应力张量法对电主轴在时域和频域中的径向电磁力进行计算,并利用数据分析软件对其进行谐波及频谱分析。由切向电磁力引起的齿槽转矩作为影响电磁噪声的另一因素,通过有限元分析后,数值上与电主轴的额定转矩基本一致,有效地验证了二维磁场模型的可靠性。最后,通过对永磁同步电主轴电磁噪声主要影响因素的分析,对影响永磁同步电主轴电磁噪声的主要结构参数进行了改进。其中包括:永磁体大小极个数、定子齿形状、气隙长度。以8极36槽永磁同步电主轴为例,分析比较了上述不同结构参数对转矩脉动及径向电磁力的影响规律,为削弱减小电主轴的电磁噪声提供了参考依据。
【关键词】：永磁同步电主轴 电磁噪声 模态分析 固有频率 径向电磁力
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状及分析10-12
• 1.2.1 永磁同步电主轴径向电磁力的研究现状10
• 1.2.2 永磁同步电主轴结构模态的研究现状10-11
• 1.2.3 永磁同步电主轴振动与噪声的研究现状11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-13
• 第2章 永磁同步电主轴电磁噪声理论分析13-20
• 2.1 永磁同步电主轴气隙磁场分析13-16
• 2.1.1 永磁同步电主轴气隙磁密的计算13-15
• 2.1.2 永磁同步电主轴气隙中电磁力的计算15-16
• 2.2 永磁同步电主轴转矩脉动的计算16-17
• 2.3 永磁同步电主轴结构模态及响应分析17-20
• 第3章 永磁同步电主轴结构模态分析20-37
• 3.1 定子铁心固有频率的解析计算20-21
• 3.2 弹性模量的选择与计算21-22
• 3.3 电主轴定子的模态有限元计算22-26
• 3.3.1 定子铁心的有限元模态仿真22-23
• 3.3.2 定子绕组的附加形式对定子模态的影响23-26
• 3.4 永磁同步电主轴定子谐响应分析26-29
• 3.4.1 定子谐响应的解析公式26-27
• 3.4.2 定子铁心的谐响应分析27-28
• 3.4.3 定子结构参数对固有频率的影响28-29
• 3.5 永磁同步电主轴各部分组件对定子机壳固有频率的影响29-33
• 3.5.1 定子机壳的模态分析及固有频率计算29-30
• 3.5.2 各部分组件对定子机壳固有频率的影响30-33
• 3.6 永磁同步电主轴的整机模态研究33-36
• 3.7 本章小结36-37
• 第4章 永磁同步电主轴气隙磁场分析37-46
• 4.1 永磁同步电主轴负载电磁场计算37-43
• 4.1.1 永磁同步电主轴电磁场有限元模型37-41
• 4.1.2 有限元模型求解结果分析41-43
• 4.2 永磁同步电主轴径向电磁力波分析43-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第5章 永磁同步电主轴的结构参数对电磁噪声的影响46-54
• 5.1 永磁体大小极个数对电磁噪声的影响46-48
• 5.2 定子齿形状对电磁噪声的影响48-51
• 5.3 气隙长度对电磁噪声的影响51-52
• 5.4 本章小结52-54
• 第6章 结论54-55
• 参考文献55-58
• 在学研究成果58-59
• 致谢59

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