永磁同步电机振动噪声预测分析
发布时间：2021-12-21 22:05
在永磁同步电动机运行时,电机振动与电机噪声往往相伴相随。课题研究的主要目的是研究永磁电机电磁噪声产生原因、电机设计参数与电磁噪声关系和电磁噪声计算方法,对于在设计阶段预测和控制电机噪声有重要意义。本文工作内容包括以下几个方面:首先,本文为了降低表贴式永磁同步电机气隙磁通密度波形畸变率,提出了一种准确、快速优化磁极形状的解析计算方法。优化了磁极磁动势、极间磁动势和气隙磁导函数,建立了磁极偏心结构磁场解析计算模型。基于该解析模型计算分析了一台8极36槽表贴式永磁同步电机空载气隙磁通密度和线空载反电动势等电磁参数,并通过有限元法进行了仿真验证。结果显示该解析计算与有限元计算结果相吻合,表明该方法具有一定的实际应用价值。在确定最小气隙长度前提下,通过对永磁体端部厚度的参数化设计,得到了理想的气隙磁密、线空载反电动势以及齿槽转矩性能参数。为表贴式永磁同步电机磁极形状优化设计提供了参考。其次,电机的模态是分析电机振动的基础,如果永磁同步电机定子模态计算不准确,在电机设计阶段,就不能准确的避开径向电磁力的主要力波频率设计在共振点附近。因此,本文分别对永磁电机定子铁心及定子总成（包括定子铁心、绕组以及...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．６电动汽车驱动用永磁同步电机??Ｆｉｇ．?１．６?Ｐｅｎｎａｎｅｎｔ?ｍａｇｎｅｔ?ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ?ｍｏｔｏｒ?ｆｏｒ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｖｅｈｉｃｌｅ?ｄｒｉｖｅ??
当气隙磁场谐波含量较高时，会增加空载反电势波形畸变??率和转矩波动，进而导致永磁电机振动和噪声更为明显。径向气隙磁密的计算通常采??用两种方法：有限元法和解析法。有限元仿真计算结果精确，能够处理复杂模型，但??是求解时间过长，后处理较为麻烦；解析法计算速度快，各设计参数之间的关系明确，??容易实现电机参数的优化设计，因此本章主要采用解析法对屯机的气隙磁密进行计算。??２．?２空载气隙磁场的计算??２．?２．?１磁极偏心解析模型的建立??本章节以一台８极３６槽表贴式永磁同步电机为例，图２．１给出了解析计算的流程??图，通过输入磁极端部厚度，确定磁极偏心距，进而建立第／段永磁体厚度，从而求出??永磁体磁动势的表达式以及气隙磁导的解析表达式。Ｍ后吋以得到径向气隙磁密以及??径向电磁力。??〈输入磁极端部厚度／ｍｍ〉??求解磁极偏心距必ｎｍ??■?；??｜建、／：第／段永磁体厚度ｆａ／ｍｍ???ｊ???违立第／段永磁体序度／ｒ，表达式???▼???汁箅永磁体磁动势／、气隙磁导Ａ?｜??，?；??得到气隙磁密径向电磁力ｐｒ?｜??Ｉ??（结束?）??图２．１解析计算流程图??Ｆｉｇ．?２．１?Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??９??
?沈阳工业大学硕士学位论文???蠢??图２．６电机二维有限元模型??Ｆｉｇ．?２．６?Ｔｗｏ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｍｏｔｏｒ??永磁体采用径向充磁，其中永磁体端部厚度为２．５ｍｍ，剩磁密度为４?＝?１．２３Ｔ，??矫顽力巧＝－９５１０００Ａ／ｍ。采用双层绕组，匝数为２０，并联支路数为４。网格的剖??分对有限元仿真的结果的精确度有很大的影响，尤其对于气隙部分要格外的加密剖??分，将气隙部分剖分为４层，其他电机结构统一以２ｍｍ的网格尺寸对单元格进行??剖分，网格剖分后如图２．７所不：??＃??图２．７电机的网格剖分图??Ｆｉｇ．?２．７?Ｇｒｉｄ?ｄｉｖｉｓｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｏｔｏｒ??对永磁同步电机空载状态下的磁场分布情况进行仿真分析，图２．８给出了二维??有限元仿真计算结果的磁通密度分布云图，局部最大磁密出现在电机定子齿部为??１．６７Ｔ，其他求解区域均为达到饱和的状态，定子铁心各部分磁通密度分布合理，??图２．９给出了电机磁力线分布云图，磁力线对称分布，仿真计算结果的具有可靠性。??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电磁力分析的永磁同步电机研究及优化[J]. 王宇,郝志勇. 现代机械. 2020(02)
[2]电动汽车用V型磁钢转子永磁电机的电磁振动噪声削弱方法研究[J]. 王晓远,贺晓钰,高鹏. 中国电机工程学报. 2019(16)
[3]基于永磁体优化PMSM力波与模态分析[J]. 王伟,黄开胜,胡弼,胡土雄. 微电机. 2019(07)
[4]低振动噪声永磁同步电机极槽配合的选择[J]. 李晓华,汪月飞,刘成健,夏能弘. 微特电机. 2019(06)
[5]分段偏心磁极表贴式永磁电机优化设计[J]. 罗正豪,井立兵,高起兴. 微特电机. 2018(10)
[6]小功率表贴式永磁同步电机径向电磁力波特性研究[J]. 黄厚佳,李全峰,徐余法. 电机与控制应用. 2018(08)
[7]降低永磁同步电动机噪声的方法[J]. 于慎波,钟双双,赵海宁,翟凤军,李红,郭凯. 电机与控制学报. 2018(07)
[8]电动汽车IPMSM宽范围调速振动噪声源分析[J]. 李晓华,刘成健,梅柏杉,魏书荣,夏能弘. 中国电机工程学报. 2018(17)
[9]永磁同步推进电机电磁振动分析[J]. 陈益广,韩柏然,沈勇环,魏娟,郭喜彬. 电工技术学报. 2017(23)
[10]永磁同步电动机电磁振动噪声的分析与研究[J]. 黄信,谭耿锐,杜晓斌. 防爆电机. 2017(03)
博士论文
[1]永磁同步电动机电磁振动噪声源识别技术的研究[D]. 宋志环.沈阳工业大学 2010
[2]永磁同步电动机振动与噪声特性研究[D]. 于慎波.沈阳工业大学 2006
硕士论文
[1]船舶用永磁同步电机振动分析及降振方法研究[D]. 张宇.沈阳工业大学 2019
[2]永磁同步电机高频振动与噪声研究[D]. 王东刚.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3545258
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．６电动汽车驱动用永磁同步电机??Ｆｉｇ．?１．６?Ｐｅｎｎａｎｅｎｔ?ｍａｇｎｅｔ?ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ?ｍｏｔｏｒ?ｆｏｒ?ｅｌｅｃｔｒｉｃ?ｖｅｈｉｃｌｅ?ｄｒｉｖｅ??
当气隙磁场谐波含量较高时，会增加空载反电势波形畸变??率和转矩波动，进而导致永磁电机振动和噪声更为明显。径向气隙磁密的计算通常采??用两种方法：有限元法和解析法。有限元仿真计算结果精确，能够处理复杂模型，但??是求解时间过长，后处理较为麻烦；解析法计算速度快，各设计参数之间的关系明确，??容易实现电机参数的优化设计，因此本章主要采用解析法对屯机的气隙磁密进行计算。??２．?２空载气隙磁场的计算??２．?２．?１磁极偏心解析模型的建立??本章节以一台８极３６槽表贴式永磁同步电机为例，图２．１给出了解析计算的流程??图，通过输入磁极端部厚度，确定磁极偏心距，进而建立第／段永磁体厚度，从而求出??永磁体磁动势的表达式以及气隙磁导的解析表达式。Ｍ后吋以得到径向气隙磁密以及??径向电磁力。??〈输入磁极端部厚度／ｍｍ〉??求解磁极偏心距必ｎｍ??■?；??｜建、／：第／段永磁体厚度ｆａ／ｍｍ???ｊ???违立第／段永磁体序度／ｒ，表达式???▼???汁箅永磁体磁动势／、气隙磁导Ａ?｜??，?；??得到气隙磁密径向电磁力ｐｒ?｜??Ｉ??（结束?）??图２．１解析计算流程图??Ｆｉｇ．?２．１?Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｆｌｏｗ?ｃｈａｒｔ??９??
?沈阳工业大学硕士学位论文???蠢??图２．６电机二维有限元模型??Ｆｉｇ．?２．６?Ｔｗｏ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｆｉｎｉｔｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｍｏｔｏｒ??永磁体采用径向充磁，其中永磁体端部厚度为２．５ｍｍ，剩磁密度为４?＝?１．２３Ｔ，??矫顽力巧＝－９５１０００Ａ／ｍ。采用双层绕组，匝数为２０，并联支路数为４。网格的剖??分对有限元仿真的结果的精确度有很大的影响，尤其对于气隙部分要格外的加密剖??分，将气隙部分剖分为４层，其他电机结构统一以２ｍｍ的网格尺寸对单元格进行??剖分，网格剖分后如图２．７所不：??＃??图２．７电机的网格剖分图??Ｆｉｇ．?２．７?Ｇｒｉｄ?ｄｉｖｉｓｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｏｔｏｒ??对永磁同步电机空载状态下的磁场分布情况进行仿真分析，图２．８给出了二维??有限元仿真计算结果的磁通密度分布云图，局部最大磁密出现在电机定子齿部为??１．６７Ｔ，其他求解区域均为达到饱和的状态，定子铁心各部分磁通密度分布合理，??图２．９给出了电机磁力线分布云图，磁力线对称分布，仿真计算结果的具有可靠性。??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电磁力分析的永磁同步电机研究及优化[J]. 王宇,郝志勇. 现代机械. 2020(02)
[2]电动汽车用V型磁钢转子永磁电机的电磁振动噪声削弱方法研究[J]. 王晓远,贺晓钰,高鹏. 中国电机工程学报. 2019(16)
[3]基于永磁体优化PMSM力波与模态分析[J]. 王伟,黄开胜,胡弼,胡土雄. 微电机. 2019(07)
[4]低振动噪声永磁同步电机极槽配合的选择[J]. 李晓华,汪月飞,刘成健,夏能弘. 微特电机. 2019(06)
[5]分段偏心磁极表贴式永磁电机优化设计[J]. 罗正豪,井立兵,高起兴. 微特电机. 2018(10)
[6]小功率表贴式永磁同步电机径向电磁力波特性研究[J]. 黄厚佳,李全峰,徐余法. 电机与控制应用. 2018(08)
[7]降低永磁同步电动机噪声的方法[J]. 于慎波,钟双双,赵海宁,翟凤军,李红,郭凯. 电机与控制学报. 2018(07)
[8]电动汽车IPMSM宽范围调速振动噪声源分析[J]. 李晓华,刘成健,梅柏杉,魏书荣,夏能弘. 中国电机工程学报. 2018(17)
[9]永磁同步推进电机电磁振动分析[J]. 陈益广,韩柏然,沈勇环,魏娟,郭喜彬. 电工技术学报. 2017(23)
[10]永磁同步电动机电磁振动噪声的分析与研究[J]. 黄信,谭耿锐,杜晓斌. 防爆电机. 2017(03)
博士论文
[1]永磁同步电动机电磁振动噪声源识别技术的研究[D]. 宋志环.沈阳工业大学 2010
[2]永磁同步电动机振动与噪声特性研究[D]. 于慎波.沈阳工业大学 2006
硕士论文
[1]船舶用永磁同步电机振动分析及降振方法研究[D]. 张宇.沈阳工业大学 2019
[2]永磁同步电机高频振动与噪声研究[D]. 王东刚.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：3545258
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