永磁同步電機電磁噪聲的案例
電機振動噪聲建模分析：基于Motor-CAD的永磁同步電機E-NVH仿真分析（單一工況點噪聲）
目前，新能源汽車電機的噪聲問題變得越來越突出，電機的電磁振動噪聲是設(shè)計人員研究的熱點問題，而電磁振動噪聲的激勵源電磁力波至關(guān)重要。本文基于Motor-CAD對永磁同步電機進行電磁振動噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機的E-NVH分析提供理論依據(jù)，并為永磁同步電機的E-NVH提供優(yōu)化途徑。
Motor-CAD是全球領(lǐng)先的新能源汽車電機選型分析及設(shè)計軟件，用于新能源汽車電機的選型匹配，優(yōu)化設(shè)計，競品分析，拆解分析等。開發(fā)至今，已被全球主要的整車生產(chǎn)企業(yè)、電機生產(chǎn)商、科研機構(gòu)及高校等廣泛使用。
Motor-CAD集成化軟件包，可在選型、設(shè)計階段高效地對電機進行電磁和熱性能測試；軟件包括：電磁（EMag）、熱（Therm）、機械模塊（Mechanical）和虛擬實驗室（Lab）四個模塊，可在幾分鐘內(nèi)精確評估電磁、熱和電磁振動噪聲特性。
本例以一臺48S8P永磁同步電機為例，對電機的電磁噪聲進行仿真分析。通過Motor-CAD中的Mechanical模塊對電機E-NVH進行仿真分析，為后續(xù)的降噪方案提供思路。下圖所示電機的Motor-CAD模型圖，內(nèi)置式永磁同步電機，具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置在此不再贅述。
展開 淺談新能源汽車NVH—永磁同步驅(qū)動電機徑向電磁力致噪聲的來龍去脈
如圖1所示，沒有了發(fā)動機的掩蔽效應(yīng)，電驅(qū)動和電控系統(tǒng)噪聲成為主要噪聲源，且其中高頻的特性使得聲品質(zhì)的關(guān)注度大幅上升。且隨著驅(qū)動電機朝著寬調(diào)速區(qū)間、更高轉(zhuǎn)速、輕量化等方向的發(fā)展，給電機的NVH性能開發(fā)帶來了更多的挑戰(zhàn)。電機的NVH涉及的知識較為交叉，一些概念容易被混淆從而加大理解的難度，本文將針對永磁同步電機徑向電磁力致噪聲，力求用直白的描述簡略地介紹清楚其中的機理。
圖1.傳統(tǒng)燃油車和新能源車的NVH問題分布
1 本文討論范圍的界定
驅(qū)動電機噪聲可以大致分為機械噪聲、電磁噪聲、氣動噪聲（液冷則無），其中電磁噪聲機理相對復(fù)雜，聲品質(zhì)較差，常表現(xiàn)為高頻的嘯叫，容易引起人們的不適，電磁噪聲是本文討論的范疇。
電機電磁噪聲是由電磁力引起，其中電磁力可以分為麥克斯韋力和磁致伸縮力，一般情況磁致伸縮力的噪聲貢獻較小，本文只討論麥克斯韋電磁力；按照電機的結(jié)構(gòu)，一般將電磁力分為切向力和徑向力，切向電磁力一般會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動，進一步帶來振動噪聲，而徑向電磁力會導(dǎo)致定子振動從而向結(jié)構(gòu)傳遞振動和向空氣輻射噪聲，如圖2所示。限于篇幅，徑向電磁力導(dǎo)致的永磁同步電機定子振動噪聲是本文討論的對象。
展開 淺談新能源汽車NVH—永磁同步驅(qū)動電機徑向電磁力致噪聲的來龍去脈
如圖1所示，沒有了發(fā)動機的掩蔽效應(yīng)，電驅(qū)動和電控系統(tǒng)噪聲成為主要噪聲源，且其中高頻的特性使得聲品質(zhì)的關(guān)注度大幅上升。且隨著驅(qū)動電機朝著寬調(diào)速區(qū)間、更高轉(zhuǎn)速、輕量化等方向的發(fā)展，給電機的NVH性能開發(fā)帶來了更多的挑戰(zhàn)。電機的NVH涉及的知識較為交叉，一些概念容易被混淆從而加大理解的難度，本文將針對永磁同步電機徑向電磁力致噪聲，力求用直白的描述簡略地介紹清楚其中的機理。
圖1.傳統(tǒng)燃油車和新能源車的NVH問題分布
1
本文討論范圍的界定
驅(qū)動電機噪聲可以大致分為機械噪聲、電磁噪聲、氣動噪聲（液冷則無），其中電磁噪聲機理相對復(fù)雜，聲品質(zhì)較差，常表現(xiàn)為高頻的嘯叫，容易引起人們的不適，電磁噪聲是本文討論的范疇。
電機電磁噪聲是由電磁力引起，其中電磁力可以分為麥克斯韋力和磁致伸縮力，一般情況磁致伸縮力的噪聲貢獻較小，本文只討論麥克斯韋電磁力；按照電機的結(jié)構(gòu)，一般將電磁力分為切向力和徑向力，切向電磁力一般會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動，進一步帶來振動噪聲，而徑向電磁力會導(dǎo)致定子振動從而向結(jié)構(gòu)傳遞振動和向空氣輻射噪聲，如圖2所示。限于篇幅，徑向電磁力導(dǎo)致的永磁同步電機定子振動噪聲是本文討論的對象。
展開 車用永磁同步電機的電磁噪聲分析與抑制
摘要
：電機模態(tài)的準(zhǔn)確分析是實現(xiàn)電機低噪聲驅(qū)動設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)電機模態(tài)頻率與對應(yīng)階次徑向電磁力波頻率接近時，會產(chǎn)生共振。以一臺6極36槽的70 kW商務(wù)車主驅(qū)動永磁同步電機(PMSM)為研究對象,對比分析轉(zhuǎn)子開輔助槽和針對一階齒諧波的轉(zhuǎn)子分段斜極方法對電磁力波的影響。采用轉(zhuǎn)子開輔助槽和轉(zhuǎn)子分段斜極的優(yōu)化方法后,0階12倍頻徑向電磁力波幅值可減小79%。建立電機三維有限元模態(tài)仿真模型，分析電機結(jié)構(gòu)部件對模態(tài)的影響，結(jié)合常用車載驅(qū)動電機的安裝固定方式對外殼進行約束,分析不同約束方式下電機的模態(tài)特性。結(jié)果表明，在峰值功率8 000 r/min的工況下，優(yōu)化設(shè)計方案下的0階12倍頻的徑向電磁力波幅值較大,但由于頻率為4 800 Hz,遠離電機模態(tài)的固有頻率，因此不會發(fā)生共振，降低了電磁噪聲。
關(guān)鍵詞
：電磁力波;模態(tài);輔助槽;斜極;永磁同步電機
0引言
電機的結(jié)構(gòu)噪聲是電機結(jié)構(gòu)受到激振源激勵而產(chǎn)生的，主要來源有機械振動和電磁振動⑴。機械振動由軸承摩擦或轉(zhuǎn)子不平衡等因素引起， 可以通過采用低噪聲軸承、提高加工工藝和裝配精度等措施來改善；電磁振動由作用于定子結(jié)構(gòu)上的電磁力波引起，是引起車用永磁同步電機(PMSM)噪聲的重要因素。
19世紀(jì)20年代初,Fritze首次提出電機電磁噪聲主要由定、轉(zhuǎn)子之間的徑向電磁力產(chǎn)生⑵。文獻［3］是較早分析PMSM電磁噪聲激振源的文章，將激振源歸為轉(zhuǎn)矩波動和定、轉(zhuǎn)子之間的徑向電磁力波,發(fā)現(xiàn)電機振動噪聲的頻率特征與上述激振源的頻率特征有很強的關(guān)聯(lián)性。文獻［4］全面闡述了車用電機振動與噪聲的產(chǎn)生機理，從理論層面深入分析電機電磁噪聲的來源,揭示了電磁噪聲和電機結(jié)構(gòu)參數(shù)以及控制參數(shù)之間的關(guān)系。
展開 
永磁同步電機電磁振動噪聲自動優(yōu)化
Input.Simu.Opt.npop = 40; % initial populationsize初始種群數(shù)
Input.Simu.Opt.ngen = 30; % 進化迭代次數(shù)
Input.Simu.Opt.fileobjname='OP_InManatee_objfunc'; %設(shè)置目標(biāo)函數(shù)
Step two：設(shè)置OP_InManatee_constfunc.m目標(biāo)函數(shù)
遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)文件
在MANATEE中電機模型都可以進行參數(shù)且所有的輸出都可以作為目標(biāo)進行優(yōu)化。下圖所示為MANATEE軟件的永磁同步電機結(jié)構(gòu)參數(shù)。
MANATEE永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)
MANATEE軟件電機的輸出變量
本例樣機為48S8P電機，選取變量氣隙磁密基波、0階12倍頻電磁力、8階10倍頻作為優(yōu)化的目標(biāo)變量；將'W0r';'H0r';作為優(yōu)化的變量。將聲功率作為優(yōu)化目標(biāo)。下圖所示為設(shè)置圖。
展開 永磁同步電機電磁振動噪聲自動優(yōu)化
Input.Simu.Opt.npop = 40; % initial populationsize初始種群數(shù)
Input.Simu.Opt.ngen = 30; % 進化迭代次數(shù)
Input.Simu.Opt.fileobjname='OP_InManatee_objfunc'; %設(shè)置目標(biāo)函數(shù)
Step two：設(shè)置OP_InManatee_constfunc.m目標(biāo)函數(shù)
遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)文件
在MANATEE中電機模型都可以進行參數(shù)且所有的輸出都可以作為目標(biāo)進行優(yōu)化。下圖所示為MANATEE軟件的永磁同步電機結(jié)構(gòu)參數(shù)。
MANATEE永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)
MANATEE軟件電機的輸出變量
本例樣機為48S8P電機，選取變量氣隙磁密基波、0階12倍頻電磁力、8階10倍頻作為優(yōu)化的目標(biāo)變量；將'W0r';'H0r';作為優(yōu)化的變量。將聲功率作為優(yōu)化目標(biāo)。下圖所示為設(shè)置圖。
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Input.Simu.Opt.npop = 40; % initial populationsize初始種群數(shù)
Input.Simu.Opt.ngen = 30; % 進化迭代次數(shù)
Input.Simu.Opt.fileobjname='OP_InManatee_objfunc'; %設(shè)置目標(biāo)函數(shù)
Step two：設(shè)置OP_InManatee_constfunc.m目標(biāo)函數(shù)
遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)文件
在MANATEE中電機模型都可以進行參數(shù)且所有的輸出都可以作為目標(biāo)進行優(yōu)化。下圖所示為MANATEE軟件的永磁同步電機結(jié)構(gòu)參數(shù)。
MANATEE永磁同步電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)參數(shù)
MANATEE軟件電機的輸出變量
本例樣機為48S8P電機，選取變量氣隙磁密基波、0階12倍頻電磁力、8階10倍頻作為優(yōu)化的目標(biāo)變量；將'W0r';'H0r';作為優(yōu)化的變量。將聲功率作為優(yōu)化目標(biāo)。下圖所示為設(shè)置圖。
展開 商用電動車用永磁同步電機電磁振動噪聲削弱方法
電磁振動由電磁力產(chǎn)生，電磁力沿徑向和切向進行分解可分為徑向電磁力和切向電磁力，切向電磁力會導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動的產(chǎn)生，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動，進而增加噪聲；徑向電磁力會作用在電機齒面上，引起電機機殼振動，并向外界輻射噪聲。
因為牽扯到電磁、聲、機械等多個物理場，對電磁振動及噪聲的研究一直是個難題。國內(nèi)外大量研究人員對其進行了廣泛的研究。文獻*4針對電動汽車用內(nèi)置式永磁同步電機展開了研究，采用定子斜槽、轉(zhuǎn)子磁極分段兩種方法進行仿真分析，分析出的結(jié)論對電磁振動及噪聲的削弱、轉(zhuǎn)矩脈動的抑制提供了重要參考。文獻*5中對轉(zhuǎn)子形狀，尤其是磁通屏障的幾何形狀進行了優(yōu)化，以滿足減小電磁激振力的設(shè)計要求。文獻*6 設(shè)計并研發(fā)了一種新型兩段式磁極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，每段轉(zhuǎn)子上一個磁極的極弧寬度與其他磁極不同，受益于兩段轉(zhuǎn)子的交錯安裝，不等極弧寬度所引入的不平衡磁拉力被完全抵消，從而降低了電磁振動和噪聲。文獻*8 提出一種采用極寬調(diào)制技術(shù)，對電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的形狀進行修改，抑制齒數(shù)階電磁力，從而降低電磁振動噪聲的方法。此外，還有一些有意義的研究致力于分析引入功率變換器對永磁同步電動機控制系統(tǒng)電磁振動和噪聲造成的影響。例如，文獻中通過采用軟開關(guān)技術(shù)來探討變換器對系統(tǒng)振動及噪聲特性的影響。
基于以上的分析，本文針對一臺250 kw商用電動車用永磁同步電機展開研究，推導(dǎo)出內(nèi)置式永磁同步電機定子齒面受到徑向電磁力的解析式，歸納出定子齒所受徑向電磁力的來源、階次、頻率。利用Ansys仿真軟件歸納總結(jié)出電機的振動及噪聲特性，在原設(shè)計方案的基礎(chǔ)上對電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，以抑制振動噪聲，結(jié)合Ansys仿真軟件對優(yōu)化前后兩種電機進行電磁仿真、模態(tài)分析、振動仿真、噪聲仿真，以驗證結(jié)構(gòu)優(yōu)化的合理性。
1永磁同步電機結(jié)構(gòu)
如圖1所示為本文所研究商用電動車用永磁同步電機徑向示意圖。
展開 電動汽車動力總成噪聲分析與優(yōu)化
動力總成是純電動汽車的動力來源,其振動與噪聲性能是影響汽車舒適性的關(guān)鍵因素。純電動汽車動力總成由電機及減速器組成。永磁同步電機因體積小、功率密度高等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于電動汽車。永磁同步電機電磁噪聲和減速器嘯叫噪聲是純電動汽車NVH(noise vibration and harshness)開發(fā)中的常見問題,優(yōu)化上述2種噪聲是提高純電動汽車動力總成NVH性能的重要手段。
目前,國內(nèi)外對減速器齒輪嘯叫噪聲和永磁同步電機電磁噪聲都有較多的研究。減速器嘯叫是由內(nèi)部齒輪在嚙合傳動中所受的不平穩(wěn)的激振力和嚙合過程的傳動誤差引起的一種中高頻噪聲,其優(yōu)化多是通過對齒輪進行微觀修形,改善齒輪嚙合狀況。
永磁同步電機電磁噪聲的根源是電機內(nèi)部氣隙中各諧波磁場產(chǎn)生的交變電磁力。電磁力有切向分量和徑向分量。徑向電磁力在引起電磁振動及噪聲方面起主要作用,它使定子鐵芯產(chǎn)生徑向振動,徑向振動產(chǎn)生的噪聲是電機電磁噪聲的主要成分。
永磁同步電機電磁噪聲的優(yōu)化主要有2種途徑:① 改變電機機械結(jié)構(gòu);② 減少電樞電流的諧波含量。
本文以一臺某型號純電動汽車動力總成為研究對象,首先分析了動力總成減速器的階次噪聲;然后解析分析了動力總成驅(qū)動電機的徑向電磁力特性，并利用Maxwell軟件進行仿真,識別出電機可能產(chǎn)生的噪聲階次;最后提出了采用聲學(xué)包包裹降低動力總成噪聲的優(yōu)化措施,并進行了試驗驗證。
1 動力總成噪聲來源分析
本文研究的動力總成如圖1所示。
展開 永磁電機的振動噪聲
白增程
沈陽安世亞太公司仿真應(yīng)用工程師
對于永磁電機電磁噪聲的研究，近年來的研究熱點主要圍繞在四個方面：定子電磁力影響研究，轉(zhuǎn)子電磁力影響研究，電機本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)研究，控制方法抑制電機電磁噪聲研究。
定子電磁力影響研究
電機中的定子電磁噪聲主要受兩方面的因素影響，電磁激振力和相應(yīng)激振力引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)及聲輻射，以下對引起噪聲的定子電磁力的解析表達及相應(yīng)的振動和聲輻射的研究情況進行綜述。
英國謝菲爾德大學(xué)的Z.Q.Zhu教授等運用解析法對永磁電機定子電磁力及其噪聲進行研究，對永磁無刷電機電磁力進行理論研究，對10 極 9 槽的永磁無刷直流電機的振動噪聲進行研究，理論上研究了電磁力與定子齒寬間的關(guān)系，同時分析了轉(zhuǎn)矩脈動與振動噪聲優(yōu)化結(jié)果間的關(guān)系。
沈陽工業(yè)大學(xué)的唐任遠教授、宋志環(huán)提供了完整的解析方法研究永磁電機內(nèi)的電磁力及其諧波，為進一步的永磁電機噪聲理論研究提供了理論支持。圍繞正弦波和變頻器供電的永磁同步電機進行電磁振動噪聲源的分析，對氣隙磁場、法向電磁力和振動噪聲的特征頻率進行研究，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的原因進行分析，其次運用有限元對轉(zhuǎn)矩脈動進行仿真并加以實驗驗證，同時分析了不同槽極配合情況下的轉(zhuǎn)矩脈動，以及氣隙長度、極弧系數(shù)、削角、槽口寬度等對轉(zhuǎn)矩脈動的影響。
展開 永磁電機的振動噪聲
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聯(lián)系我們：021-58403100
作者：白增程 沈陽安世亞太公司仿真應(yīng)用工程師
對于永磁電機電磁噪聲的研究，近年來的研究熱點主要圍繞在四個方面：
定子電磁力影響研究
轉(zhuǎn)子電磁力影響研究
電機本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)研究
控制方法抑制電機電磁噪聲研究
定子電磁力影響研究
電機中的定子電磁噪聲主要受兩方面的因素影響，電磁激振力和相應(yīng)激振力引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)及聲輻射，以下對引起噪聲的定子電磁力的解析表達及相應(yīng)的振動和聲輻射的研究情況進行綜述。
英國謝菲爾德大學(xué)的Z.Q.Zhu教授等運用解析法：
對永磁電機定子電磁力及其噪聲進行研究，
對永磁無刷電機電磁力進行理論研究，
對10 極 9 槽的永磁無刷直流電機的振動噪聲進行研究，
理論上研究了電磁力與定子齒寬間的關(guān)系，
同時分析了轉(zhuǎn)矩脈動與振動噪聲優(yōu)化結(jié)果間的關(guān)系。
沈陽工業(yè)大學(xué)的唐任遠教授、宋志環(huán)提供了完整的解析方法研究永磁電機內(nèi)的電磁力及其諧波，為進一步的永磁電機噪聲理論研究提供了理論支持。圍繞正弦波和變頻器供電的永磁同步電機進行電磁振動噪聲源的分析，對氣隙磁場、法向電磁力和振動噪聲的特征頻率進行研究，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的原因進行分析，其次運用有限元對轉(zhuǎn)矩脈動進行仿真并加以實驗驗證，同時分析了不同槽極配合情況下的轉(zhuǎn)矩脈動，以及氣隙長度、極弧系數(shù)、削角、槽口寬度等對轉(zhuǎn)矩脈動的影響。
電磁徑向力和切向力的模型，并進行了相應(yīng)的模態(tài)仿真，對電磁力和振動噪聲響應(yīng)進行了頻域分析和聲輻射模型的分析，并進行了相應(yīng)的仿真和實驗研究，其指出永磁電機定子主要模態(tài)如圖所示。
展開 
永磁同步電機振動噪聲機理 ￥6.5
對異步電動機來講，其輕載效率很低，而永磁同步電動機在輕載區(qū)，仍能保持較高的效率。
04 可靠性高
從電機本體來對比，永磁同步變頻調(diào)速電機與異步電機的可靠性相當(dāng)，但由于永磁同步電機結(jié)構(gòu)的靈活性，便于實現(xiàn)直接驅(qū)動負載，省去可靠性不高 的減速箱；在某些負載條件下甚至可以將電機設(shè)計在其驅(qū)動裝置的內(nèi)部，如風(fēng)力發(fā)電直驅(qū)裝置，石油鉆機的絞車驅(qū)動裝置，從而可以省去傳統(tǒng)電機故障率高的軸承： 大大提高了傳動系統(tǒng)的可靠性。
05 體積小，功率密度大
永磁同步變頻調(diào)速電機體積小，功率密度大的優(yōu)勢，集中體現(xiàn)在驅(qū)動低速大扭矩的負載時，一個是電機的極數(shù)的增多，電機體積可以縮小。還有就 是：電機效率的增高，相應(yīng)地損耗降低，電機溫升減小，則在采用相同絕緣等級的情況下，電機的體積可以設(shè)計的更小；電機結(jié)構(gòu)的靈活性，可以省去電機內(nèi)許多無 效部分，如繞組端部，轉(zhuǎn)子端環(huán)等，相應(yīng)體積可以更小。
06 其它優(yōu)勢
永磁同步電動機還具有高啟動轉(zhuǎn)矩、啟動時間較短、高過載能力的優(yōu)點，可以根據(jù)實際軸功率降低設(shè)備驅(qū)動電動機的裝機容量，節(jié)約能源同時減少固定資產(chǎn)的投資。永磁同步電動機控制方便，轉(zhuǎn)速恒定，不隨負載的波動、電壓的波動而變化，只決定于頻率，運行平穩(wěn)可靠。由于轉(zhuǎn)速嚴(yán)格同步，動態(tài)響應(yīng)性能好，適合變頻控制。永磁同步電動機的安裝外形尺寸符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，可以直接替換三相異步電動機，防護等級可以做到IP54和IP55，個別廠家還生產(chǎn)防爆型永磁同步電動機。
展開 電流角對永磁同步電機開關(guān)頻率噪聲的影響
噪聲頻譜表現(xiàn)，如圖1c所示。
2 電流角與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系
圖2示出永磁同步電機空間矢量圖。
圖2 永磁同步電機空間矢量圖
θ.電機轉(zhuǎn)子位置信號；β.電流角；i f.永磁體的等效勵磁電流；ψf.永磁體產(chǎn)生的磁鏈；ω.轉(zhuǎn)子電角速度；ψs.定子產(chǎn)生的磁鏈；i s.定子電流空間矢量；id，iq.定子電流 d 軸、q 軸分量。
電流角是定子磁鏈與永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場間的空間電角度，即圖2中id與iq合成的電流空間矢量i s與d軸的空間角度β。電流角與電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，如式（1）所示。電流角的不同會影響電磁轉(zhuǎn)矩和電磁力，進而影響電機開關(guān)頻率產(chǎn)生的噪聲。
式中：T em——電磁轉(zhuǎn)矩，N·m；
p——極對數(shù)；
L m d——定、轉(zhuǎn)子間的d軸互電感，H；
Ld，Lq——定子繞組的d，q軸電感，H。
提高開關(guān)頻率，可以使其噪聲頻率避開客戶易感知的頻率范圍，但會增加功耗，降低逆變器效率。在某電機（8極48槽，開關(guān)頻率為8 kHz）的開發(fā)階段，在不影響效率的前提下，進行了電流角對開關(guān)頻率噪聲影響的研究。
展開 超高速永磁同步電機振動噪聲分析
超高速永磁同步電機（PMSM）具有轉(zhuǎn)速高、徑向力波階數(shù)低等特點，但定子易共振引發(fā)較大噪聲。以1臺超高速PMSM為例，依據(jù)電機實際尺寸，建立了電機電磁場模型和定子結(jié)構(gòu)的3D模態(tài)模型。采用有限元法對該電機的徑向電磁力進行仿真，分析了引起電機振動的主要電磁力諧波次數(shù)，確認(rèn)了電機電磁噪聲的主要來源。最后,通過ANSYS聲場的聲壓級云圖研究了超高速PMSM的電磁噪聲特性。
超高速永磁同步電機振動噪聲分析
劉朋鵬, 王建輝, 韋福東
[上海電器科學(xué)研究所(集團)有限公司,上海 200063]
0 引 言
采用超高速永磁同步電機（PMSM）驅(qū)動的壓縮機具有效率高、體積小、功率密度大等優(yōu)點，在燃料電池中得到了廣泛的應(yīng)用。但超高速PMSM轉(zhuǎn)速高，電機徑向力波階數(shù)低，輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計導(dǎo)致定子剛度較差易共振引發(fā)較大噪聲，影響壓縮機的使用體驗，因此在超高速PMSM設(shè)計時不僅需要考慮電機的電磁性能指標(biāo)，還需要關(guān)注電機的振動噪聲特性[1-3]。
電機的振動噪聲伴隨電磁、結(jié)構(gòu)、力學(xué)和聲場等多個領(lǐng)域錯綜復(fù)雜的耦合關(guān)系，是一個復(fù)雜的多物理場問題。為了對電機進行準(zhǔn)確的噪聲分析，國內(nèi)外許多學(xué)者已進行了研究[4-5]。
展開 非晶合金永磁電機的電磁振動噪聲計算與分析
吳勝男等通過有限元計算和實驗測試相結(jié)合的方法，分析了電磁力、磁致伸縮及鐵芯疊片壓緊力對非晶電機振動性能的影響，研究表明彈性模量較低是非晶電機振動性能不如傳統(tǒng)硅鋼電機的主要原因；鐘星鳴等研究了非晶變壓器的振動性能，結(jié)果表明采用非晶鐵芯使得變壓器振動加劇，可以通過固定或支撐的方法穩(wěn)固非晶變壓器以降低噪聲；
2010年，日立公司研發(fā)出了一款卷繞非晶定子鐵芯電機，其鐵芯由多個非晶模塊組合而成，該結(jié)構(gòu)改善了振動噪聲卻增大了渦流損耗，降低了電機效率；楊浩東等通過有限元方法計算了永磁電機的電磁力波，分析了電機結(jié)構(gòu)參數(shù)對電磁振動的影響，提出了采用增大極弧角度、增大隔磁橋?qū)挾取⒉捎么艠O偏心等來降低電磁力波的方法；法國VEREZZG等通過有限元方法，計算了氣隙磁密及電磁力，研究表明磁路軸向?qū)ΨQ的電機可以采用２Ｄ有限元計算并達到較高的精度。
目前，電機的振動噪聲研究主要有以下幾個方面:研究電機的固有頻率和振動模態(tài)以避免共振的發(fā)生，計算電機的電磁力波，研究電磁力波引起的電機的諧響應(yīng)，研究磁致伸縮引起的電磁振動，研究加工工藝對電機振動噪聲的影響等。有關(guān)非晶電機電磁振動的研究相對較少。
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