无刷电机磁极偏移电磁振动与噪声研究

摘要

目前高速无刷直流电机在电动工具、医疗器械等领域应用越来越多。为提高电机生产效率，无刷电机转子磁极通常用整体磁环制成。由于充磁装置或转子结构等原因，可能导致转子每极磁化区域不均匀，出现所谓磁极偏移现象。磁极偏移会对无刷电机电磁振动与噪声带来不利影响，因此课题研究具有一定的理论和实际意义。 论文第1章综述了磁极偏移对无刷电机电磁振动与噪声影响的研究现状，提出课题研究内容以及章节安排。第2章首先给出了表贴式转子无刷电机磁极偏移后气隙磁场的解析分析模型，求解得到了磁极偏移后无刷电机气隙磁密的一般表达式，并进行讨论分析。其次，基于磁场等效的思想，将磁极偏移后内置式转子无刷电机等效成表贴式转子无刷电机，用解析方法计算出内置式转子无刷电机的等效气隙磁密。最后用有限元方法对上述电机模型进行仿真验证。第3章研究了无刷电机的固有模态，分析了不同模态参数对无刷电机固有模态的影响。分别运用解析和有限元法计算了两种无刷电机的固有模态，并通过三维仿真分析了机壳厚度、绕组形式和浸漆对无刷电机固有模态的影响。第4章研究了磁极偏移对无刷电机电磁振动与噪声的影响，分析了不同磁极偏移角度与电机电磁振动与噪声之间的关系。利用麦克斯韦张量法计算电机的径向电磁力波，并研究了无刷电机不同磁极偏移角度对径向电磁力以及不同工况对无刷电机电磁振动与噪声的影响。研究表明表明，磁极偏移会引起电机低阶非极数倍数次电磁力谐波大幅度增加，从而导致电机电磁振动与噪声成倍增加。第5章对无刷电机样机进行了模态和电磁振动与噪声实验，现场实验结果验证了仿真结果的有效性。第6章对全文进行了总结。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2磁极偏移对无刷电机的影响

1.3国内外电机电磁振动与噪声问题研究现状

1.3.1不同充磁方向分析

1.3.2无刷电机的电磁振动与噪声分析

1.4本文主要研究内容

第2章 无刷电机的气隙磁场研究

2.1表贴式电机气隙磁场研究

2.1.1 磁极偏移时电机的解析模型

2.1.2 径向磁化时气隙磁场

2.1.3 平行磁化时气隙磁场

2.1.4 多对极下气隙磁场

2.2负载气隙磁场研究

2.2.1 电枢反应磁场

2.2.2 负载气隙磁场

2.3 气隙磁场有限元分析

2.3.1 解析模型验证

2.4.2 气隙磁场的阶次分析

2.3内置式电机气隙磁场研究

2.3.1 气隙磁场的等效模型

2.3.2 磁极偏移时气隙磁场解析

2.3.3 气隙磁场有限元分析

2.5 本章小结

第3章无刷电机的固有模态研究

3.1 振动模态计算方法

3.1.1 机械阻抗类比法

3.1.2 经典圆柱壳理论法

3.1.3 有限元法

3.2 模态参数对固有模态的影响

3.2.1 定子铁心的振动模态

3.3.2 机壳对固有模态的影响

3.3.3 绕组对固有模态的影响

3.3.4 浸漆对固有模态的影响

3.3 内置式电机的固有模态分析

3.4 本章小结

第4章无刷电机电磁振动与噪声研究

4.1表贴式电机电磁力波计算

4.1.1 径向电磁力的解析计算

4.1.2 径向电磁力的有限元分析

4.1.3 偏移角度对表贴式电机径向力的影响

4.2表贴式电机的电磁振动与噪声分析

4.2.1 电磁振动与噪声理论

4.2.2 磁极偏移时表贴式电机电磁振动

4.2.3 磁极偏移时表贴式电机电磁噪声

4.3 内置式电机电磁振动与噪声分析

4.3.1 磁极偏移对内置式电机径向力的影响

4.3.2 磁极偏移时内置式电机电磁振动

4.3.3 磁极偏移时内置式电机电磁噪声

4.4 本章小结

第5章 无刷电机电磁振动与噪声实验

5.1 无刷电机样机性能实验

5.1.1 空载发电实验

5.1.2 空载电动实验

5.2 无刷电机固有模态实验

5.3 无刷电机样机电磁振动与噪声实验

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

附录