郭瑾

摘 要：自上世紀(jì)40年代開(kāi)始，深入研究了與電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲相關(guān)的問(wèn)題，而其中比較典型的研究?jī)?nèi)容就是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)以及同步電動(dòng)機(jī)。文章主要以稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，針對(duì)其振動(dòng)和噪聲方面的應(yīng)用特性展開(kāi)了全面探討，并提出了有針對(duì)性的完善措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：永磁同步電動(dòng)機(jī)；應(yīng)用特性；研究

引言

稀土永磁電動(dòng)機(jī)具有高效節(jié)能的顯著優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍正日益遍及國(guó)防、航空航天、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的諸多領(lǐng)域，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｏ噍^于電勵(lì)磁電動(dòng)機(jī)，稀土永磁電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特殊且種類多樣，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論和分析方法已難以適應(yīng)高性能電機(jī)研發(fā)的要求，需要綜合運(yùn)用多學(xué)科理論和現(xiàn)代設(shè)計(jì)手段，進(jìn)行創(chuàng)新研究。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式得到的產(chǎn)品，在工況相對(duì)固定的應(yīng)用場(chǎng)合，能夠表顯出良好的技術(shù)性能，但在永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，其振動(dòng)與噪聲始終沒(méi)有得到有效解決，甚至?xí)?duì)其實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。為此，針對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)當(dāng)中的關(guān)鍵技術(shù)研究十分有必要，同樣也逐漸成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵增長(zhǎng)點(diǎn)。因此，本文在電機(jī)和電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用問(wèn)題，對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)的工作工程中的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析研究，并提出具體解決改善措施。論文的工作主要集中在以下幾個(gè)方面：（1）測(cè)試裝置與系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，選擇11kW的永磁同步電動(dòng)機(jī)，對(duì)其振動(dòng)和噪聲的特性進(jìn)行測(cè)試。其中，將非金屬環(huán)合理安裝于9000A的渦流傳感器之上，隨后，同樣將其安裝在軸承端蓋的位置，進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性展開(kāi)全面測(cè)試。（2）永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)與噪聲信號(hào)的分析，通過(guò)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲信號(hào)的測(cè)試與分析，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的情況下，其振動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)出一簇脈沖，其電流信號(hào)也有所改變，并非正常的正弦時(shí)域波形。（3）對(duì)噪聲頻譜的分析，當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)時(shí)，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，其中存在兩個(gè)峰值。而當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的狀態(tài)下，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，存在三個(gè)峰值。而通過(guò)噪聲頻譜與振動(dòng)頻譜的對(duì)比和比較，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)噪聲產(chǎn)生影響的因素中，軸承振動(dòng)并非主要矛盾。通過(guò)對(duì)空載以及額定負(fù)載條件下的聲壓級(jí)頻譜對(duì)比與比較可以發(fā)現(xiàn)，峰值多出一個(gè)，而具體的原因就是受負(fù)載增加的影響，導(dǎo)致電流與功角隨之提高，進(jìn)而生成了頻率成分。

以下是詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

1 永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用特性的實(shí)驗(yàn)分析——以振動(dòng)與噪聲為實(shí)驗(yàn)對(duì)象

1.1 測(cè)試裝置與系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)

選擇11kW的永磁同步電動(dòng)機(jī)，對(duì)其振動(dòng)和噪聲的特性進(jìn)行測(cè)試。其中，將非金屬環(huán)合理安裝于9000A的渦流傳感器之上，隨后，同樣將其安裝在軸承端蓋的位置，進(jìn)而對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性展開(kāi)全面測(cè)試。

1.2 永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)與噪聲信號(hào)的分析

通過(guò)對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和噪聲信號(hào)的測(cè)試與分析，當(dāng)電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的情況下，其振動(dòng)信號(hào)呈現(xiàn)出一簇脈沖，其電流信號(hào)也有所改變，并非正常的正弦時(shí)域波形[1]。

1.3 對(duì)噪聲頻譜的分析

當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)時(shí)，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，其中存在兩個(gè)峰值。而當(dāng)11kW永磁同步電動(dòng)機(jī)處于額定負(fù)載的狀態(tài)下，根據(jù)聲壓級(jí)頻譜內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，存在三個(gè)峰值。而通過(guò)噪聲頻譜與振動(dòng)頻譜的對(duì)比和比較，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)噪聲產(chǎn)生影響的因素中，軸承振動(dòng)并非主要矛盾。通過(guò)對(duì)空載以及額定負(fù)載條件下的聲壓級(jí)頻譜對(duì)比與比較可以發(fā)現(xiàn)，峰值多出一個(gè)，而具體的原因就是受負(fù)載增加的影響，導(dǎo)致電流與功角隨之提高，進(jìn)而生成了頻率成分。

2 改善永磁同步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用特性的具體措施

2.1 有效降低力波

第一，繞組選擇要科學(xué)。在選擇定子繞組的過(guò)程中，最好選擇諧波磁動(dòng)勢(shì)不高的，像是正弦繞組，能夠有效地降低噪聲。第二，將定子槽與轉(zhuǎn)子槽的開(kāi)口寬度減小。通過(guò)半閉口槽亦或是閉口槽能夠使氣隙磁導(dǎo)諧波有效降低。與此同時(shí)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的降低，就需要采用槽開(kāi)口寬度增大的方式。第三，氣隙磁通密度適當(dāng)減少。因?yàn)閺较蛄蜌庀洞琶芷椒匠尸F(xiàn)出正比例關(guān)系，而振幅和徑向力同樣呈正相關(guān)關(guān)系。除此之外，升功率和振幅平方近似呈正比例的關(guān)系[2]。在這種情況下，磁通的密度如果相對(duì)較高，那么不僅只是聲功率隨之提高，同樣還會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的效果，分叉與混沌現(xiàn)象的發(fā)生幾率會(huì)更高。然而，一旦減小氣隙磁密，還會(huì)使電動(dòng)機(jī)的自重增加。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)綜合考慮多種因素來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 磁場(chǎng)應(yīng)對(duì)稱

在永磁同步電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，如果轉(zhuǎn)子偏心很容易引起低階徑向力，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)自身的噪聲不斷增加[3]。在這種情況下，不僅要對(duì)加工工藝與裝配工藝進(jìn)行合理地控制，同樣采取定子并聯(lián)繞組的方式，也能夠避免因轉(zhuǎn)子不同心而帶來(lái)的噪聲，這樣就能夠確保各級(jí)磁通處于一致?tīng)顟B(tài)，有效地規(guī)避了磁拉力出現(xiàn)的不平衡性，使得振動(dòng)與噪聲的產(chǎn)生幾率下降。

2.3 斜槽與斜極的控制

對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，將其定子鐵心以斜槽的形式制作出來(lái)，能夠確保徑向力波始終沿著電動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)度方向軸線來(lái)移動(dòng)[4]。這樣一來(lái)，其沿著軸線方向的平均徑向力就會(huì)隨之下降，同時(shí)，附加轉(zhuǎn)矩以及噪聲也會(huì)隨之降低，然而，實(shí)際的附加損耗卻并不會(huì)下降。

2.4 定子動(dòng)態(tài)振幅與聲振幅的合理減少

第一，要科學(xué)增加阻尼?？梢栽谟来磐诫妱?dòng)機(jī)的定子鐵心以及機(jī)座中適當(dāng)?shù)赝可献枘岵牧希c此同時(shí)，使用清漆亦或是環(huán)氧樹(shù)脂，實(shí)現(xiàn)定子疊片的有效粘結(jié)[5]?；诖?，應(yīng)當(dāng)對(duì)定子鐵心以及機(jī)座間存在的間隙進(jìn)行及時(shí)填充，這樣也能夠使電動(dòng)機(jī)阻尼不斷增加。第二，聲輻射效率的減少。在對(duì)永磁同步電動(dòng)機(jī)聲輻射功率進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，主要是相對(duì)聲強(qiáng)輻射系數(shù)和無(wú)窮大平板聲強(qiáng)公式相乘[6]。其中，相對(duì)聲強(qiáng)輻射的系數(shù)和電動(dòng)機(jī)的定子長(zhǎng)徑比以及振動(dòng)模態(tài)階數(shù)等存在緊密的聯(lián)系。為此，在立波階數(shù)的增加，使聲強(qiáng)輻射系數(shù)減少，可以有效地控制噪聲。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，永磁同步電動(dòng)機(jī)在實(shí)踐應(yīng)用中的作用十分重要，所以，對(duì)其應(yīng)用特性的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。電動(dòng)機(jī)振動(dòng)過(guò)大不僅會(huì)對(duì)運(yùn)行可靠程度帶來(lái)負(fù)面影響，同樣還會(huì)引發(fā)噪聲。因而，文章將稀土永磁同步電動(dòng)機(jī)作為重點(diǎn)研究對(duì)象，并且以振動(dòng)和噪聲兩個(gè)特性為例，闡述了控制這兩種特性的可行性方式，以期為永磁同步電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供有價(jià)值的參考依據(jù)，充分發(fā)揮其自身的功用。

參考文獻(xiàn)

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