永磁同步电机设计中材料性能对噪声影响的研究

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永磁同步电机具有构造简单,高效,功率密度大等优势,广泛应用于自动化装置中。随着社会经济的发展和人民生活水平的提升,人们对电机工作过程中的振动噪音也有了更高的需求。目前,永磁同步电机的振动噪声主要是结构方向与控制方向,针对电机材料性能对电机噪声的研究较少。本文主要对电机材料性能对电机的振动噪声进行了研究分析,主要研究内容如下:对永磁同步电机的磁场进行了分析,认为其内部气隙为理想形状,并忽略定子齿槽影响而得到了无齿槽状态下的径向磁密曲线,使用保角变换方式对定子进行开定子齿槽的内部气隙大小及相对磁导率进行了分析计算。通过有限元法进行了对比验证,结果表明磁极材料的rB对电机气隙磁场有一定影响。基于有限元法对常见的定子铁芯材料进行电机的磁场分析,分析了两种无取向硅钢材料及非晶合金材料的径向气隙磁密及谐波,径向电磁力大小;不同材料状态下电机的齿槽转矩及转矩脉动,以及对应下的平均转矩;发现电机定子铁芯材料性能对电机磁场有一定影响;对不同永磁体材料进行了电磁场分析,发现不同永磁体材料的径向磁密是不同的,所受到的电磁力也存在差异。基于解析法和有限元法对电机不同材料进行模态分析,利用改良的Hopper理论对电机定子铁芯进行了解析计算并利用有限元验证了结果的准确性,发现材料的E及(?)对模态频率有较大影响,分析了不同定子材料的模态频率以及不同机壳材料的前六阶固有频率,避免与电磁力谐波频率相近而发生共振,同时也为永磁同步电机的振动响应与噪声特性分析提供依据。采用有限元软件的谐响应模块计算得出了不同铁芯材料及不同永磁体材料下电机的位移形变云图,应力分布云图,以及振动速度,振动位移随时间频率变化的曲线图。然后以电机机壳振动的结果作为计算依据,计算了电机的声压和声压级,分析了声场某点及响应最大频率下的电机振动噪声,结果表明,弹性模量为150GPa的定子铁芯比弹性模量为200GPa的定子铁芯噪声最大值高约7d B;在相同频率下,不同永磁体材料电机振动噪声最大值与最小值相差约5d B。
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