表贴式永磁同步电动机振动与噪声研究

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1、广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)表贴式永磁同步电动机振动与噪声研究杜晓彬二○一八年六月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111504013广东工业大学硕士学位论文(工学硕士)表贴式永磁同步电动机振动与噪声研究杜晓彬指导教师姓名、职称：黄开胜教授学科(专业)或领域名称：电气工程学生所属学院：自动化学院论文答辩日期：2018年6月2日ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)RESEARCHONVIBRATIONA

2、NDNOISEOFSURFACE-MOUNTEDPERMANENTMAGNETSYNCHRONOUSMOTORSCandidate:DuXiaobinSupervisor:Prof.HuangKaishengJun2018SchoolofAutomationGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要表贴式永磁同步电机具有结构简单、控制特性较好、转矩密度以及功率密度较高、运行可靠性强的特点，且没有换向器、电刷所产生的磨损、火花等问题，故其被广泛地应用于各个国民生产部门中。然而，在表贴式永磁同步电

3、机运行时，气隙中存在定转子合成磁动势以及气隙磁导相互作用，其不仅产生切向电磁力，从而产生切向电磁转矩；另外还产生了径向电磁力，该电磁力随着空间位置以及时间变化波动，是永磁同步电机引起电磁振动与噪声的主要原因。表贴式永磁同步电机的振动与噪声的大小逐渐成为了衡量电机质量的指标之一。如何抑制电机的振动与噪声，提高电机本体设计的质量水平，是电机行业急需解决的问题之一。本文就表贴式永磁同步电机的电磁振动与噪声，做了如下相关研究工作。首先，对表贴式永磁同步电机的电磁振动与噪声的理论基础进行研究。该部分主要包括研究了表贴式永磁同步电机运行时气隙磁场，采用解析法推导了永磁同步电机的径向和切向力密度的表达式，

4、并得出电机的主要径向电磁力密度频率和谐波次数；研究了永磁同步电机机械结构的自振频率以及对应的振型、相关的模态分析理论；推导了理想流体介质中声波的传播方程。其次，对一款48槽8级的永磁同步电机进行仿真分析，利用有限元软件ANSYSMaxwell2D分析计算了永磁同步电机的额定负载运行、空载运行以及较高转速下负载运行三种情况下电机的径向气隙磁密、切向气隙磁密、径向电磁力密度的空间分布和时间分布以及永磁电机定子任意一个齿冠上电磁力的时间分布，利用傅里叶分析方法求解了径向电磁力密度谐波次数以及径向电磁力密度频率，对比了三种运行状态下波形以及谐波分析结果的变化，为分析电机的振动位移和速度铺垫了基础。然

5、后，利用有限元软件建立了永磁同步电机的三维模型，采用ANSYSWorkbenchModal模块分析了电机定子铁芯的固有模态频率和振型，以及绕组结构、机壳结构、端盖结构、带磁钢和转轴的转子结构对永磁同步电机的固有频率的影响，最后分析了电机整机的固有频率和对应的振型。最后，利用ANSYSWorkbenchHarmonicResponse模块，进行频率扫描分析，得到永磁同步电机的额定负载运行、空载运行以及较高转速下负载运行三种情况下I广东工业大学硕士学位论文电机机壳的机壳外表面最大振动速度曲线以及最大振动位移曲线。提出了一种利用振动速度计算电磁噪声声压级的方法，并与采用振动位移进行计算噪声声压级的

6、方法的结果进行对比。采用以上计算结果合成了总的噪声声压级，分析了电机机械结构固有频率与径向电磁力密度时间分布的频率幅值对于电机振动噪声的影响，得到了三种不同运行状态下电磁振动噪声差异的原因。关键词：表贴式永磁同步电机；气隙磁场；电磁力密度；模态分析；振动与噪声IIAbstractAbstractSurface-mountedpermanentmagnetsynchronousmotor,withadvantagesofsimplestructure,bettercontrolcharacteristic,hightorquedensityandpowerdensity,runningreli

7、ability,inthemeantime,withoutdisadvantagesoftheproblemsuchaswearandsparkduetocommutatorandbrush,arewidelyusedinvariousnationalproductiondepartments.However,whenthesurface-mountedpermanentmagnetsynchronousmo