考虑磁致伸缩效应永磁电机的振动噪声研究

硅钢片的磁致伸缩是永磁电机产生振动噪声的原因之一。本文基于压磁方程,建立了考虑磁致伸缩效应的磁-机械耦合模型,给出求解区域内的基本假设及相应的边界条件,以一台11k W永磁同步电机为例,应用有限元计算了在理想电流和实验电流供电下由电磁力和磁致伸缩效应两种振动源单独和共同作用时引起的振动;在此基础上分析了电机周围的声场分布。为了验证模型,对该永磁电机的振动和噪声分别进行了实验研究。理论计算与测量结果的比较验证了该耦合模型的正确性,为在设计阶段计算永磁电机振动噪声大小、分布和寻求新的降噪措施,提供了理论依据和计算方法。     

考虑磁致伸缩效应的可控饱和电抗器电磁振动分析

可控饱和电抗器由于其优良的工作特性,在电力系统和有色冶金等多种行业得到了广泛的应用。作为补偿用电设备,可控饱和电抗器能连续不断地调整其电抗值,改变其容量。由于可控饱和电抗器铁心结构的特殊性及交直流共同作用的工作特点,铁心的振动噪声较大,其振动噪声问题成为可控饱和电抗器应用发展的制约因素之一。本文基于开源型有限元分析软件建立了磁路-机械耦合模型,考虑电磁力与磁致伸缩效应作用,完成了不同工作状态下铁心磁场和振动的数值分析,得到了其磁场、振动的分布情况,为在设计上减少电抗器振动噪声提供理论依据和计算方法。     

磁致伸缩对变频器供电永磁电机振动噪声影响

为了研究变频器供电下磁致伸缩现象对电机振动噪声的影响,以一台2.1k W永磁电机为例,应用有限元计算了不同工作频率下的磁场分布和铁心振动位移,在此基础上分析了铁心周围的声场分布,并对该电机的噪声进行了试验研究。通过理论计算与测量结果的比较,验证该计算方法的正确性,为在设计阶段计算永磁电机振动噪声大小、分布和寻求新的降噪措施,提供了理论依据和计算方法。     

考虑磁致伸缩逆效应的非晶合金开关磁阻电机减振方法

非晶合金用于电机铁心可极大地提高电机效率,然而,其较大的磁致伸缩系数和极强的应力敏感性（即磁致伸缩逆效应）在增大铁心振动噪声的同时,限制电信号对铁心磁性能的精确控制能力。该文提出采用磁致伸缩逆效应对铁心磁化状态进行调制,以抑制非晶合金开关磁阻电机电磁振动的减振思路。首先,基于宏观热力学理论,建立考虑磁致伸缩及其逆效应的非晶合金材料力-磁耦合本构关系;其次,提出非晶合金开关磁阻电机的定子齿加压结构,并考虑静态预应力、脉动电磁应力对非晶合金磁特性的影响,构建开关磁阻电机力-磁双向动态耦合模型并求解;最后,计算应力作用前后定子铁心的磁通密度分布。通过实验与仿真对比发现,定子齿加压结构的径向电磁应力可减小44.5%,因此该减振方法具有可行性。     

稀土超磁致伸缩电机及其应用

稀土超磁致伸缩电机在大应变、强力和高功率密度及高精度、快速响应以及高可靠性等方面有着其它电机无法比拟的优点。介绍了这种电机的结构原理、性能特点及其典型应用事例。文中还就稀土超磁致伸缩材料及其驱动器件的市场应用前景进行了展望。     

磁致伸缩在电机电磁振动中的贡献分析

对磁性材料磁致伸缩的数值计算方法进行了探讨,并以某永磁电机为研究对象,采用改进的热比拟有限元法进行了电机内部磁致伸缩力和麦克斯韦力的数值计算研究,并进行了振动响应的贡献度对比分析,对电机的减振降噪研究具有一定的指导意义.     

超磁致伸缩振动传感器输出特性的实验研究

超磁致伸缩材料Terfenol-D在机械应力作用下,磁化强度会发生变化,这种效应为逆磁致伸缩效应或Villari效应,利用该效应可以制作将机械能转换成电能的振动传感器。进行振动传感器的实验研究,结果表明在合适的偏置磁场和较小的预应力偏置条件下,传感器输出的感应电压峰-峰值较大,传感器输出感应电压的峰-峰值和输入振动信号的频率和幅值成正比。基于电磁学原理和铁磁材料的磁化强度模型,计算振动传感器的偏置磁场和预应力对感应电压输出的影响,并计算振动传感器在机械振动输入条件下的感应电压输出,实验结果与计算结果基本相符。实验结果和计算结果为振动传感器的优化设计和应用打下基础。     

磁致伸缩材料的磁-热-力耦合模型及其仿真分析

在简单总结Sablik和Jiles建立磁-力耦合模型的方法以及王莉和王博文等建立的磁-热-力耦合模型的基础上,提出了磁致伸缩模型的基本框架,并依据此框架逐次建立起了磁致伸缩材料新的一维准静态磁-热-力耦合模型。该模型将温度对磁化强度的影响等效为对有效场和磁化过程的影响两部分。利用该模型对TerfenolD棒分别在不同应力和不同温度条件下的磁致伸缩系数λ进行仿真计算,计算结果与实验结果吻合较好。     

牵引电机整机气动噪声特性的数值模拟研究

一般牵引电机噪声由冷却风扇噪声、电磁振动噪声和机械噪声组成,其中冷却风扇引起的气动噪声是重要构成部分。建立牵引电机整机计算流体动力学(CFD)计算模型,利用DES-SST湍流模型计算牵引电机内流场,通过回转面、子午面上流线和旋涡强度分布发现风扇流道内流动分离现象十分显著,风扇进风口及叶尖处存在高强度的旋涡运动。建立牵引电机整机气动噪声有限元计算模型,以非定常流场计算结果为声源预测牵引电机辐射噪声。计算结果表明,噪声监测点上仿真计算值与试验值的总声压级最小相差0.1 dB(A),多点平均声压级相差1.8 dB(A),计算结果较准确。牵引电机气动噪声由离散噪声和宽频噪声组成,其中离散噪声的最高峰值来自于冷却风扇的偶极子噪声,且风扇叶片不等间距排列导致叶片通过频率的基频由369 Hz偏移至221 Hz。同时该频率下噪声的辐射指向性呈现典型的偶极子特征,并主要从牵引电机进出风口向外传播。试验结果可为牵引电机降噪优化工作提供参考。     

基于有限元法的永磁同步电机定子固有频率研究

定子模态分析是研究永磁同步电机(PMSM)电磁振动噪声的重要环节,对定子固有频率进行准确预测是抑制PMSM电磁振动噪声的基础。运用解析法分析了影响定子固有频率的主要因素。建立了定子系统各部分有限元仿真模型,通过有限元仿真和相关数据处理分析研究了绕组、机壳和端盖对定子固有频率的影响。结果表明:当绕组等效弹性模量低于某一临界值时,会使定子固有频率降低,而高于该临界值时,会使定子固有频率升高;机壳和端盖均会使定子的固有频率大幅度提高。     

旋转扭振电机及其数值仿真研究

旋转扭振是内燃机曲轴轴系无法避免的问题，为研究这种振动的后果及用动力消除这种振动的方法，需要一种能真实地模拟内燃机轴系在旋转时又扭振的装置。本文描述以电动机为基础的动力模拟系统，为旋转扭振模拟探索了一种新方法。本文提出的系统经过实验验证，达到设计要求。文中还对系统进行计算机程序仿真，为进一步研究该系统提供有力手段。     

永磁电机转子护套用高温合金Inconel625切削性能仿真与试验研究

本文针对高速永磁电机转子保护材料镍基高温合金Inconel625的切削性能展开研究。采用仿真软件DEFORM-3D建立了该材料的三维有限元仿真模型,仿真模型采用了Johnson-Cook模型、Usui刀具磨损模型等关键技术。通过仿真得到了切削过程中切削力的变化趋势、温度场的分布特性、刀具磨损、切屑形状等。在结合试验分析的基础上,得到了切削参数对切削力、切削温度、刀具磨损的影响规律。研究结果对Inconel625合金车削过程切削条件的合理选择和刀具使用寿命的提高提供了理论依据,为深入研究Inconel625合金切削机理提供了理论依据。     

小功率表贴式永磁同步电机径向电磁力波特性研究

采用解析法推导出表贴式永磁同步电机径向电磁波的解析表达式,在此基础上求取了径向电磁力波分量的幅值、阶次和频率。分析了径向气隙磁密谐波对径向电磁力波的影响,提出了运用3p阶气隙磁密谐波削弱二倍频径向电磁力波,进而降低电机振动噪声的方法。建立有限元仿真模型对所提出的方法进行验证,证明了所提方法的正确性。     

基于波形重构法的永磁电机电磁振动噪声计算研究

提出了基于波形重构法的径向气隙磁密和径向电磁力波解析计算方法,简化了永磁电机电磁振动和噪声(EVAN)的计算过程,解决了永磁电机径向电磁力波计算较为复杂的难题。首先介绍了波形重构法计算永磁电机EVAN的理论依据。然后,以1台永磁电机为例,详细介绍了运用波形重构法计算永磁电机电磁振动噪声的具体步骤。最后,对电机EVAN进行多物理场有限元仿真,将波形重构法计算结果与有限元仿真结果对比,在误差允许范围内二者的计算结果具有一致性,由此验证了波形重构法计算电机EVAN的准确性。     

平面超声波电动机的研究

提出了一种新型平面超声波电动机.电动机采用单定子十字正交纵弯夹心换能器结构,4个驱动足位于相应端部第一个弯曲驻波的波腹处.借助有限元法,分析电机结构参数对纵振和弯振特征频率的影响趋势,调整结构参数将纵弯模态特征频率简并至22463 Hz.建立驱动足运动轨迹的数学模型,借助有限元瞬态分析,对驱动足振动轨迹进行仿真,实现对所建立振动轨迹数学模型的验证.     

绕组连接方式对开关磁阻电机振动影响的研究

开关磁阻电机（SRM）具有结构简单坚固、控制灵活简便等优点,但较大的振动和噪声在一定程度上制约了其在各行业的广泛应用。SR电机的绕组连接方式不仅会对电机的电磁性能带来影响,也会影响电机振动噪声的大小。径向力是引起开关磁阻电机电磁噪声的主要原因。本文针对四相8/6开关磁阻电机,分析NNNNSSSS、NSNSSNSN这两种常用绕组连接方式下磁链和径向力差异;并以径向力为激励建立SR电机振动的有限元模型,研究不同绕组连接方式对振动响应的影响。通过实验进行验证得到结论:当SR电机运行在磁路饱和工作状态下,采用NNNNSSSS定子极性排布的连接方式更有利于减小电机运行时的振动。     

小型无刷直流电动机振动与噪声的研究

该文首先综述了无刷直流电动机的优点,比较了少槽小型无刷直流电动机的特点。给出了电动机相电势矢量图及绕组构成,分析了电动机径向不平衡电磁力产生的原因。然后对9槽无刷直流电动机电磁转矩进行了计算,比较了不同极数下电动机的转矩特性。利用磁场解析定量研究了具体电动机在矩形波驱动电流换相时的径向不平衡电磁力,比较了在产生相同电磁转矩情况下电机径向不平衡电磁力的相对大小关系,分析了对电动机振动及噪声的影响。最后利用超小型加速度传感器对样机径向振动进行了测试,在无音实验室对样机的噪声进行了测试。实验证明了计算分析结论的正确性,为小型无刷直流电动机的设计提供了参考。