基于负磁致伸缩材料特性的电机降噪方法研究

摘要

在大型电机中，电机定子铁心磁致伸缩效应引起的振动噪声较大，为了研究磁致伸缩效应对电机定子铁心的影响，测量了无取向硅钢片的磁致伸缩特性，基于测量数据建立磁-机械耦合数值模型，研究了在磁致伸缩作用下电机定子的振动情况，得到电机定子硅钢片的振动主要为供电频率的一倍频和二倍频，实测振动结果与数值分析相一致，验证了该模型的正确性。 设计了一种仿真实验模型，模拟电机中的磁场走向，线圈与无取向硅钢片不接触，无取向硅钢片上就只存在由变化磁场导致的磁致伸缩力。通过改变硅钢片的位置，分析磁场不同走向下磁致伸缩效应对无取向硅钢片振动频率特性的影响，发现硅钢片处于不同位置时影响其振动的主要频率不同;在磁路发生偏转时造成无取向硅钢片在供电频率一倍频处振动明显。同时设计了实验，测量变化磁场下硅钢片上的振动信号，得到实验与仿真结果相一致。 针对电机定子硅钢片磁致伸缩效应造成的电机振动噪声问题，提出在电机定子铁心上打孔并填充负磁致伸缩材料来减少电机振动噪声，利用该材料的负磁致伸缩与定子铁心的正磁致伸缩相抵消，减少电机的振动，从而实现降噪目的，本文选用Sm0.88Nd0.12Fe2作为在电机定子铁心上打孔填充的负磁致伸缩材料。 通过真空电弧炉制备Sm0.88Nd0.12Fe2合金，测量并观察了Sm0.88Nd0.12Fe2铸态和退火合金显微组织、晶体结构以及磁致伸缩性能。得到在退火状态下合金磁致伸缩性能的明显提高。依据磁致伸缩材料的本构方程，将负磁致伸缩材料Sm0.88Nd0.12Fe2填充在电机定子孔中，与未填充材料的应力和振动相比较，在填充Sm0.88Nd0.12Fe2之后电机定子铁心的应力和振动明显减小。同时设计了实验测量在硅钢片上打孔填充材料Sm0.88Nd0.12Fe2后的振动噪声，与未填充材料相比振动峰值明显减少。 本文提出在电机定子铁心上打孔填充负磁致伸缩材料的方法，有益于进一步抑制由硅钢片磁致伸缩作用产生的振动噪声问题，为降低电机电磁振动噪声提供新思路，具有一定的学术意义和应用前景。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究现状

1．2．1磁致伸缩对电机振动噪声的影响及研究

1．2．2负磁致伸缩材料的研究现状

1．3超磁致伸缩材料在减振降噪领域的应用

1．4课题来源及研究内容

第二章无取向硅钢片磁致伸缩性能测量

2．1磁致伸缩性能的测量装置

2．2无取向硅钢片磁致伸缩测量结果

2．3磁致伸缩测量数据的提取

2．4本章小结

第三章考虑磁致伸缩效应数值仿真与实验

3．1．1磁场基本方程

3．1．2结构力场基本方程

3．1．3振动基本方程

3．2电机定子铁心数值计算与实验

3．2．1电机定子铁心磁致伸缩效应数值分析

3．2．2电机定子铁心磁致伸缩效应实验分析

3．3无取向硅钢片与线圈电磁-机械耦合数值模型

3．3．1磁场分析

3．3．2磁致伸缩应力分析

3．4无取向硅钢片与线圈电磁-机械耦合数值计算与实验

3．4．1硅钢片磁致伸缩数值分析

3．4．2硅钢片磁致伸缩实验分析

3．5本章小结

第四章负磁致伸缩材料的实验方法和特性测量

4．1．1 Sm0．88Nd0．12Fe2合金制备方法

4．1．2合金退火处理工艺

4．2 Sm0．88Nd0．12Fe2合金分析方法

4．2．1 XRD衍射分析

4．2．2金相组织观察

4．2．3磁致伸缩性能测试

4．3 Sm0．88Nd0．12Fe2铸态合金的相结构与显微组织

4．3．2Sm0．88Nd0．12Fe2铸态合金的显微组织

4．4 Sm0．88Nd0．12Fe2铸态合金的磁致伸缩

4．5 Sm0．88Nd0．12Fe2退火合金的相结构和显微组织

4．5．2 Sm0．88Nd0．12Fe2退火合金的显微组织

4．6 Sm0．88Nd0．12Fe2退火合金的磁致伸缩

4．7本章小结

第五章负磁致伸缩材料在电机减振降噪中的应用

5．1磁致伸缩材料的模型建立

5．1．1磁化模型

5．1．2磁致伸缩材料

5．2填充负磁致伸缩材料电机定子铁心的应力与振动分析

5．3实验分析

5．4本章小结

第六章总结与展望

6．1工作总结

6．2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢