盘式永磁电动机噪声与振动特性的研究

论文摘要

本论文对盘式永磁电动机噪声与振动特性进行研究,主要研究成果包括以下几个方面:首先对5kW盘式永磁电动机定、转子气隙中的各谐波磁场引起的脉动电磁力进行分析计算。由于产生电磁噪声的主要来源是气隙磁场中作用在定子齿上的轴向电磁力,所以在电磁场分析中要提取磁密的轴向分量。利用Maxwell应力张量法对气隙轴向电磁力进行计算,并对力密度进行谐波分析。通过对盘式永磁电动机三维磁场的计算,得出了盘式永磁电动机三维磁密分布。计算表明气隙磁密波形与永磁体的布置方式、电流的谐波、绕组的分布形式、定子齿槽数和形状及功率角直接相关,用数值方法找到了产生轴向电磁力谐波的规律。其次利用电动机电磁场分析中得到的载荷条件对电动机进行了结构瞬态响应分析。由运动电磁场计算获得作用在定子齿表面上的轴向电磁力,并将电磁力加载到三维电动机结构模型上。对电动机进行三维瞬态结构分析得到所有节点位移响应。电动机模态分析是确定电动机定子在轴向电磁力作用下是否发生共振的重要手段,通过三维模态分析计算了盘式永磁电动机结构模态频率和振型,并提出了电动机结构的改进方案。最后通过5kW盘式永磁电动机模态实验研究以及噪声和振动的实验研究,验证了轴向电磁力波频率与振动模态频率的关系和轴向电磁力波频率与电磁噪声频率的关系。从理论和实验上得出结论,轴向电磁力是产生盘式永磁电动机噪声和振动的主要力源,轴向电磁力波频率是影响电动机噪声辐射的主要因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究动态和水平
• 1.2.1 气隙径向电磁力及其谐波分析
• 1.2.2 控制系统对电动机噪声和振动的影响
• 1.2.3 电动机声场分析
• 1.2.4 定子结构模态分析及响应分析
• 1.3 本文的研究工作
• 第二章 盘式永磁电动机电磁噪声与振动理论基础
• 2.1 永磁同步电动机气隙磁场能量转换原理
• 2.2 盘式永磁电动机噪声振动分析原理
• 2.3 有限元方法的提出
• 第三章 盘式永磁电动机三维电磁场与电磁力分析研究
• 3.1 盘式永磁电动机电磁场分析
• 3.1.1 5kW盘式永磁电动机的结构参数
• 3.1.2 永磁同步电动机电磁场结果分析
• 3.2 电磁力方向的确定
• 3.3 随位置和时间变化的气隙轴向磁密和电磁力比较
• 3.4 本章小结
• 第四章 盘式永磁电动机模态与振动响应分析研究
• 4.1 复模态理论
• 4.2 盘式永磁电动机定子三维模态分析结果
• 4.2.1 选用5块背板时的定子三维振动模态频率与振型计算
• 4.2.2 选用6块背板时的定子三维振动模态频率与振型计算
• 4.2.3 选用7块背板时的定子三维振动模态频率与振型计算
• 4.2.4 选用8块背板时的定子三维振动模态频率与振型计算
• 4.3 盘式永磁电动机机壳与定子整体三维模态分析结果
• 4.4 盘式永磁电动机结构瞬态动力学分析
• 4.4.1 5kW盘式永磁电动机定子振动响应计算
• 4.4.2 盘式永磁电动机瞬态分析载荷条件处理
• 4.5 盘式永磁电动机结构振动响应分析结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 盘式永磁电动机噪声与振动特性实验研究
• 5.1 5kW盘式永磁电动机噪声与振动测试结果
• 5.2 5kW盘式永磁电动机噪声与振动测试结果分析
• 5.3 5kW盘式永磁电动机模态分析实验研究
• 5.4 盘式永磁电动机结构改进
• 5.4.1 盘式永磁电动机结构改进方案
• 5.4.2 永磁同步电动机结构改进前后模态分析结果对比
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢