永磁同步电动机结构的模态研究.pdf

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1、V01．34No．2156舰船电子工程ShipElectronicEngineering总第236期2014年第2期永磁同步电动机结构的模态研究‘李娉1马永龙2(1．湖北三江航天险峰电子信息有限公司武汉432000)(2．海军驻中南地区光电系统军事代表室武汉430074)摘要论文先简要介绍模态分析理论，再运用机电类比的方法推导定子固有频率的计算方法，并用ANSYs软件对电机定子建立的三维有限元模型进行模态分析，计算出它们的固有频率及其振型，避免和电磁力的频率及次数发生共振，从而降低永磁同步电动机的电磁振动和噪声。关键词永磁同步电动机；模态分析；ANSYS中图分类号TM359．

2、4DOI：10．3969／j．issnl672—9730．2014．02．041ModelAnalysisofPermanentMagnetSynchronousMotorLIPin91MAYonglon92(1．HubeiSanjiangAerospaceXianfengElectronicInformationCo．，Ltd．，Wuhan432000)(2．NavyRepresentativeOfficeinEOSystemOfCentral—SouthArea，Wuhan430074)AbstractThepaperintroducesthetheoryofthemod

3、elanalysis．TheelectromechanicalanalogymethodisusedtOde—rivethecalculationmethodofthenaturalfrequencyofthestator，andtheANSYSsoftwareisusedtOsetupmotorstatorthree-dimensionalfiniteelementmodelandmodelanalysis．ThenaturalfrequencyandvibrationmodearecalculatedtOavoidresonanceoffrequenciesandforc

4、ewithelectromagneticforcethenreduceelectromagneticvibrationandnoiseofPMSM．KeyWordspermanentmagnetsynchronousmotor，modelanalysis，ANSYSCla鹞NumlⅪrTM359．41引言永磁同步电动机的电磁振动与噪声不仅与电机中气隙磁场所产生的电磁激振力波频率、幅值和力波阶数有关，而且还与电机结构的固有频率的大小及分布有着密切的关系。通过对电机定子结构的模态分析，可以确定电机电枢结构的固有频率和振型，就可预测电机在电磁力的作用下实际振动响应。模态分析技术从2

5、0世纪60年代后期发展至今已经有40多年的历史了。模态分析的经典性定义是：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解藕，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数[1]。振动模态是振动系统的各点以特定的频率作简谐振动时，表示波节和波腹的振动形态或与其相应的衰减振动状态；固有模态是自由振动时系统的振动模态，与系统的各个自由度相对应，常简称为模态[2]。模态是机械及结构的固有振动特性。每一阶模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由有限元计算或试验分析取得。基于线性叠加原理，一个复杂的振动系统可以分解为许多模态的叠

6、加。这样一个分析过程为模态分析[3]。永磁同步电动机结构的模态分析是判断电动机定子结构是否发生共振的重要手段，电动机的电磁噪声和振动主要是通过定子、壳体向外辐射。本节主要是进行电动机结构的模态分析，由于电动机结构的几何特性决定着定子沿轴向的刚度是变化的，所以采用三维结构有限元模型来分析电动机定*收稿日期：2013年8月5日，修回日期：2013年9月27日作者简介：李娉，女，工程师，研究方向：电子信息、技术改造等。马永龙，男，硕士，工程师，研究方向：舰船电子。2014年第2期舰船电子工程子及机壳结构的模态。2电机结构的模态分析理论永磁同步电动机模态分析的关键在于找到模态振型矩阵

7、，以构成模态坐标系统，并求得响应量在这一坐标系统中的坐标，具体过程如下E4

8、：1)寻找各阶模态振型，组成坐标变换矩阵{咖)--E{咖){亿}{幽)⋯{如)]；2)进行坐标变换{X)一{《fI){q)；3)求取模态坐标q，，r一1，2，3，⋯，N，从而得到{q)；4)建立响应计算模型一模态模型；运用模态模型，便可计算在实际激励作用下的结构的运动，包括位移、速度、加速度，乃至应力应变。2．1质点运动方程通过牛顿第二定律可以得到质点的运动方程：舢z+rJc+kx=F(￡)(1)进行拉普拉斯变换后上式可写为S2