永磁同步电动机径向电磁力的分析研究.pdf

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1、永磁同步电动机径向电磁力的分析研究刘景辉，黄开胜，陈治宇，李芳玲（广东工业大学，广东广州510006）摘要：简要的推导和分析了径向电磁力的产生原理。利用ANSYSMaxwell有限元分析软件计算了8极24槽、36槽、48槽三台永磁同步电动机的空载磁场和额定负载磁场的谐波含量并进行了径向力波分析，该方法可以有效分析永磁同步电动机的径向电磁力，同时也分析了不同极弧系数和磁钢偏心距对磁场正弦畸变率的影响。分析和计算结果表明:相比分数槽电机，采用整数槽可以更有效减小电机的径向电磁力，为降低永磁同步电动机振动与噪声提供

2、了理论依据。关键词：永磁同步电机；径向力波；振动；噪声AnalysisofRadialElectromagneticForceofPermanentMagnetSynchronousMotorsLIUJing-hui，HUANGKai-sheng，CHENZhi-yu，LIFang-ling(GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou510006,China)Abstract:Thispaperbrieflydeducesandanalyzestheprincipleo

3、fradialelectromagneticforceofpermanentmagnetsynchronousmotors(PMSM).FiniteelementanalysissoftwareofANSYSMaxwellisemployedtocalculatetheharmoniccontentofnoload-fieldandratedloadfieldofthreePMSMswith8poles,24/36/48slotsrespectively,andanalyzetheirradialforcew

4、aveaswell,whichcaneffectivelyanalyzetheradialmagneticforceofPMSM.Italsostudieseffectsofdifferentpolearccoefficient,rotoreccentricity,pole/slotcombinationontheair-gapharmonicmagneticfieldofPMSM.Analysisandcalculationresultsshowsthattheradialelectromagneticfo

5、rcecanbemoreeffectivelyreducedbyusingintegerslotcombinationthanthatoffractionalslotcombination,anditprovidestheoreticalbasisforthestudyofvibrationandnoiseofreduction.Keywords:PMSM;radialforcewave;vibration;noise0前言永磁同步电动机振动与噪声一直是困扰人们的难题，严重时可成为决定产品能否稳定运行的关键因

6、素[1]和能否满足标准限值的瓶颈。电磁噪声、机械噪声以及空气动力噪声是永磁同步电动机的的主要噪声源，而电磁噪声是主要方面。电磁噪声是由电机气隙磁场中各次谐波磁场相互作用产生的径向力波形成的，目[2-3]前国内外学者分析电机噪声主要集中于成熟的异步电机和电励磁同步电机。在振动和噪声特性研究方面，对于永磁同步电动机这种新型电机的深入研究却比较少。文献[7]、[8]分别分析计算了不同极槽配合对永磁同步电动机的振动噪声的影响及径向电磁力的分布，但均未对进径向力波的产生及分析进行详细阐述。本文将电机气隙磁场分解为空载转

7、子永磁体磁场和负载电枢磁场，在ANSYSMaxwell2D中分别仿真计算了不同极槽配合的永磁同步电动机的谐波含量，并进行了力波分析，同时也分析了不同极弧系数和磁钢偏心距对空载谐波磁场的影响。1永磁同步电动机径向力波分析原理[4]定转子绕组磁势和气隙磁导决定了产生电机电磁噪声的激振力大小。所以可以通过分析定转、子磁场来研究永磁同步电动机的电磁径向力问题。1.1永磁同步电动机磁动势和磁场的谐波分析根据麦克斯韦定律，在电机气隙中单位面积径向电磁力的瞬时值可表示为：2b(,t)p(1)r2式中b(,t)——气

8、隙磁密，——空气磁导率当忽略铁心磁阻时，气隙磁密的瞬时值可表示如下式：b(,t)f(,t)(,t)(2)式中：f(,t)为气隙磁动势；(,t)为气隙比磁导。永磁同步电动机在正弦波供电时，转子和定子磁动势包括：永磁体谐波磁动势、定子谐波磁动势、定子基波磁动势。其中：f(,t)f(,t)f(,t)f(,t)0vvF0cos(p0t0)+Fcos(