水下永磁推进电机振动噪声研究

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近年来随着各国对深海探测与开发越来越重视,对船舶潜艇等水下运载探测工具的振动噪声要求越来越高,而水下永磁推进电机的振动噪声是其重要的噪声来源。本文以一台额定功率20k W、24极36槽水下永磁推进电机为研究对象,对圆柱壳体电机在不同传播介质下的振动噪声以及永磁推进电机在水下噪声的传播特性和抑制等问题展开研究。主要研究与创新如下:首先,利用解析计算的方法对电机定子齿内表面所受电磁力的阶数和频率进行基础理论分析,并通过二维场有限元仿真对解析计算进行验证,从而确定电机所受电磁力谐波次数和频率。重点分析了径向电磁力波中成分较大的0阶径向电磁力波。其次,推导分析了圆柱壳体电机在不同介质(空气和水)下所导致的振动和噪声不同的影响因素,在此基础上,推导了相同声压,相同声功率和相同激振力三种情况下壳体在空气和水中的噪声声压级差值,重点考虑了相同激振力下水声阻抗对声压级差值的影响;采用解析法及有限元仿真分析电机在不同电磁力波及不同介质下的声压级差,验证解析方法的正确性。最后,通过有限元仿真得到永磁推进电机在空气中和水中的振动噪声的传播特征,结合激振力和定子模态得出了产生这种传播特性的原因。得到结论:推进电机在水下噪声的传播中由激振力与定子0阶和2阶模态共振产生的噪声是最大值,由此可以看出0阶电磁力波在水下推进电机噪声分析中的重要性。根据水下推进电机噪声分析的结论,设计了抑制电机水下噪声的机壳,噪声抑制效果在29~37d B左右。结合实验数据和抑制后的仿真效果进行了比对验证了分析结果,提取了实验噪声频谱图中对应的电机电磁噪声。
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