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《浙江大学》 2012年
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永磁电机电磁振动的磁—固耦合分析

符嘉靖  
【摘要】:永磁电机的振动与噪声是永磁电机研究的一个重要内容。永磁电机的振动与噪声主要有电磁振动与噪声、机械振动与噪声以及空气动力振动与噪声,其中电磁振动与噪声是永磁电机振动与噪声的主要来源。本文以表贴式永磁电机为对象,由永磁电机的磁场分布入手,不断深入,分析了表贴式永磁电机的电磁振动特性。 首先,采用解析模型对表贴式永磁电机在空载及转子偏心情况下的磁场分布进行了分析。该解析模型将磁场区域划分为永磁体、气隙和定子齿槽等子域,通过建立表贴式永磁电机磁场分布的基本方程和各子域间的边界条件,采用摄动法对空载及转子偏心情况下永磁电机的磁场分布进行了计算。 其次,采用上述解析模型分别对8极/12槽、10极/12槽和4极/48槽三个不同极槽配合的永磁电机的电磁力特性进行了分析。得到了不同极槽配合下永磁电机电磁力波的时间分布和空间分布。通过对电磁力波的谐波分析,得到了电磁力波的时间谐波分量和空间谐波分量。 之后,提出了永磁电机磁-固强耦合振动的两种分析方法。方法一中电磁场采用上述的解析模型进行计算,通过MATLAB实现,电机的定、转子的结构场采用有限元方法,通过ANSYS的APDL语言实现,最后通过建立MATLAB和ANSYS间的数据接口,进行联合仿真,从而实现永磁电机的磁-固强耦合振动分析。方法二中电磁场同样是采用上述的解析模型进行计算,通过MATLAB实现,但把转子简化为一弹簧质量系统,建立转子系统的运动学方程,采用四阶龙格-库塔法计算转子位移,通过MATLAB实现电磁场和电机转子振动场之间的耦合计算,然后在ANSYS中建立永磁电机定子的有限元模型,将MATLAB中耦合计算得到的稳态下电磁力的时间历程结果作为载荷加载到定子内侧,通过瞬态分析的方法得到永磁电机定子的振动特性。然后,以10极/12槽和4极/48槽两个永磁电机为例,对永磁电机的这两种磁-固强耦合振动的分析方法进行了说明,并将计算结果进行了对比。两种方法在电磁力的谐波分量的频率上可以得到基本一致的分析结果。 最后,以4极/48槽永磁电机为实验样机,对刚性安装、空载运行情况下电机的振动特性进行了实验测试,验证了永磁电机磁场分布解析模型和磁-固强耦合振动分析方法的可行性。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TM351

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