孫榮美，牛家濤，姜紅霞

（山東小鴨集團(tuán)，山東 濟(jì)南 250100）

0 引言

在19世紀(jì)50年代開關(guān)磁阻電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與原理才被提出，而開關(guān)磁阻電機(jī)的問世卻要追溯到20世紀(jì)80年代大功率的晶閘管的投入使用。在投入使用時(shí)，由于開關(guān)磁阻電機(jī)的價(jià)格較低、魯棒性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn)，使得開關(guān)磁阻電機(jī)在電器行業(yè)熱度的趨勢(shì)逐年上升，并引起了各國(guó)的重視，加強(qiáng)了對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際的應(yīng)用與研究。在現(xiàn)代滾筒洗衣機(jī)的開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用中，如何對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)降震減噪問題的解決迫在眉睫，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲問題嚴(yán)重阻礙了滾筒洗衣機(jī)更長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。

1 探究開關(guān)磁阻電機(jī)應(yīng)用當(dāng)中存在的主要問題

研究表明，在滾筒洗衣機(jī)的開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，震動(dòng)和噪聲的主要原因在于SRM的非線性強(qiáng)磁場(chǎng)和雙凸極結(jié)構(gòu)。而在非線性強(qiáng)磁場(chǎng)中，徑向力引起的定轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)是噪聲的主要來源[1]。因此，減小定轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)也是減小噪聲的主要方法。轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)若想減小，相應(yīng)的控制技術(shù)則應(yīng)該放寬運(yùn)行范圍。其中電流的分配控制器和電流的波形計(jì)算的離線和在線是主要的控制方法。這其中涉及到了直接瞬間轉(zhuǎn)矩控制（DITC，direct instantaneous torque control，中文）的電流閉環(huán)控制被轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制取代使用。因此，如何將這兩種方法同時(shí)運(yùn)用到開關(guān)磁阻電機(jī)的減震降噪當(dāng)中使我們接下來要討論問題的重點(diǎn)。

2 關(guān)于滾筒洗衣機(jī)用開關(guān)磁阻電機(jī)減噪降震當(dāng)中存在問題的解決方法

在我國(guó)目前有關(guān)滾筒洗衣機(jī)開關(guān)磁阻電機(jī)的降噪減震的技術(shù)當(dāng)中，主要有宏觀物理降噪減震和電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)部?jī)?yōu)化改良減振降噪兩個(gè)方面[2]。在宏觀物理的降噪減震方法大致有降低空氣動(dòng)力噪聲、增加定轉(zhuǎn)子的硬度、增加阻尼系數(shù)、利用彈簧減震等措施。在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化改良的降震減噪方法主要有降低減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，而降低減少轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法主要途徑有：角度位置控制、電流斬波控制、兩步和三步換相法、變角度斬波控制、逐步將壓閥、直接瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制、結(jié)構(gòu)變相控制和迭代學(xué)習(xí)控制等技術(shù)控制性手法。接下來我們著重從滾筒洗衣機(jī)用開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)減小上討論降震減噪的問題[3]。而轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的減小則要從定轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)相數(shù)結(jié)構(gòu)等以下幾方面來進(jìn)行討論。

2.1 定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

在開關(guān)磁阻電機(jī)中，電機(jī)的相數(shù)一定，對(duì)于降震減噪是否有利的條件在于電轉(zhuǎn)子的極數(shù)的多少。在上面我們提到過噪聲的主要來源是定轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)，降低定轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)波的振動(dòng)頻率是降低噪音的根源性措施。在這其中，影響定轉(zhuǎn)子的徑向力主要有轉(zhuǎn)速、開通角、關(guān)斷角、定轉(zhuǎn)子所占空間比和斬波頻率等等主要因素[4]。而定轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)波對(duì)定轉(zhuǎn)子機(jī)座和鐵心的作用使定轉(zhuǎn)子鐵心和機(jī)座隨著時(shí)間的變化發(fā)生徑向變形，從而使周圍的空氣脈流壓縮引起氣載噪聲。這里有一個(gè)徑向力振動(dòng)波和定子鐵心徑向變形的定量關(guān)系，即定子鐵心徑向變形量跟徑向力振動(dòng)波波力幅值成正比，與徑向力振動(dòng)波階數(shù)n的4次方成反比，而電機(jī)的徑向振動(dòng)振型由徑向力振動(dòng)波階數(shù)n確定。解釋意義為徑向振動(dòng)波越低鐵心的變形程度越大，致使鐵心的相鄰兩支點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)，鐵心硬度隨著支點(diǎn)距離的變遠(yuǎn)，它的徑向變形越大。

2.2 開關(guān)磁阻電機(jī)的相數(shù)結(jié)構(gòu)

在大多數(shù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)中，相數(shù)是電機(jī)參數(shù)中最重要的一個(gè)參數(shù)之一，它不僅決定了電機(jī)的成本和性能，它更決定了電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，而且有效合理的對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)配適相應(yīng)的相數(shù)能夠有效的對(duì)噪聲的降低和徑向振動(dòng)產(chǎn)生有利的影響。目前在電機(jī)的相數(shù)選擇上主要有三相和四相兩種相數(shù)，下面我們對(duì)這兩種相數(shù)結(jié)構(gòu)對(duì)電機(jī)的繞組連接所產(chǎn)生的影響做一個(gè)簡(jiǎn)要分析。

在三相開關(guān)磁阻電機(jī)當(dāng)中繞組連接極性的分布主要為NSNSNS的連接形式，這種形式的繞組連接對(duì)三相開關(guān)磁阻電機(jī)有利于對(duì)電機(jī)噪聲的降低。因?yàn)樵谙馧NNSSS此種繞組連接的接法中存在著磁路、電流波形和大小都不一直的現(xiàn)象[5]。而NSNSNS的繞組連接方式中的磁路和電流波形都有一致性，因此可以降低噪聲。

在四相開關(guān)磁阻電機(jī)當(dāng)中繞組連接有正串接法和反串聯(lián)接法，在正串接法中的極性連接方式為NNNNSSSS或者NSNNSNSS在這兩種正串接法中，由于磁路市場(chǎng)會(huì)發(fā)生短磁路和磁路相互交替的情況，因此在這兩種極性連接方式下的開關(guān)磁路電機(jī)的噪聲會(huì)比較大，因此在改良后我們現(xiàn)在常用在四相開關(guān)磁路電機(jī)上的極性連接方式為NSNSNSNS,此種極性連接方式中磁路具有一致性，不會(huì)有之前兩種極性連接所出現(xiàn)的短磁路和磁路相互交替的情況，因此噪聲可以降低。

以上就是對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)中的關(guān)于不同相數(shù)電機(jī)所用到的繞組連接對(duì)三相和四相電機(jī)所產(chǎn)生的影響和最佳繞組的配適。

2.3 繞組連接方式與散熱筋結(jié)構(gòu)的組合

在開關(guān)電磁阻機(jī)中磁拉力是電機(jī)定子振動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，磁拉力所致的定子振動(dòng)頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。因此可以通過提高電機(jī)的定子的驅(qū)動(dòng)力和定子振動(dòng)的頻率來進(jìn)一步提高電機(jī)定子的轉(zhuǎn)速，從而使轉(zhuǎn)速中引起的共振頻率降低，進(jìn)而降低開關(guān)詞組點(diǎn)的噪聲[6]。但是在電機(jī)定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速提升上去以后，定子的溫度也會(huì)隨之上去，因此得給定子配上相應(yīng)的散熱措施，而散熱筋結(jié)構(gòu)對(duì)不同繞組連接的電機(jī)定轉(zhuǎn)子頻率有著不同的影響，主要有以下幾點(diǎn)：①傳統(tǒng)軸向散熱筋結(jié)構(gòu)對(duì)定子徑向性振動(dòng)波的低階數(shù)固有頻率的作用不大，但是對(duì)高階數(shù)固有振動(dòng)頻率有降低作用。②在進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)應(yīng)該考慮到散熱筋結(jié)構(gòu)對(duì)定子振動(dòng)系統(tǒng)高階數(shù)固有頻率表的精度計(jì)算有較大影響。③周向散熱筋結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的周向散熱筋相對(duì)比之下，對(duì)低階數(shù)固有頻率的提高效果一般，而對(duì)高階數(shù)固有頻率的提高效果非常顯著。④在提高固有頻率中，繞組加固工藝對(duì)高階數(shù)的固有頻率的作用很小，而對(duì)低階數(shù)的固有頻率的作用較大[7]。因此，綜合以上四點(diǎn)，要想對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)各階的固有頻率都有提高作用，那么就應(yīng)該同時(shí)采用周向散熱筋結(jié)構(gòu)和繞組加固工藝。

3 綜合控制策略應(yīng)對(duì)滾筒洗衣機(jī)用開關(guān)磁阻電機(jī)降震減噪的改良方法

在滾筒洗衣機(jī)用開關(guān)磁阻電機(jī)的降震減噪方法中，應(yīng)當(dāng)綜合定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的改良、開關(guān)磁阻電機(jī)的相數(shù)以及繞組極性連接、繞組連接方式與散熱筋結(jié)構(gòu)的相結(jié)合這幾種從開關(guān)磁阻電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良以達(dá)到降震減噪效果的方式，充分利用可以改良的電機(jī)部位，為滾筒洗衣機(jī)應(yīng)用的開關(guān)磁阻電機(jī)的良好發(fā)展做最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)奠定[8]。通過這幾個(gè)部位結(jié)構(gòu)的改良，實(shí)現(xiàn)降低開關(guān)電磁阻電機(jī)內(nèi)部的空氣的壓縮、繞組加固工藝對(duì)固有頻率的提高、電機(jī)定子的轉(zhuǎn)速提高、提高繞組極性連接磁路一致性等這幾點(diǎn)明顯的改善，從而提高滾筒洗衣機(jī)用開關(guān)磁阻電機(jī)的降噪減震措施。

除了以上幾點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改良措施之外，加強(qiáng)對(duì)滾筒洗衣機(jī)的自身外周條件和開關(guān)電磁阻機(jī)組成的硬件條件部分的的改變也是對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)所產(chǎn)生的噪聲有著明顯的改善效果。例如，降低空氣動(dòng)力噪聲（增加滾筒洗衣機(jī)中滾筒的排風(fēng)口）、增加定轉(zhuǎn)子的硬度（從根源上加大滾筒洗衣機(jī)滾筒的穩(wěn)定性）、增加阻尼系數(shù)（對(duì)滾筒洗衣機(jī)的突然性軟啟動(dòng)有緩沖功能）、利用彈簧減震等措施[9]。

在電機(jī)的尺寸選擇中，對(duì)開關(guān)磁阻電機(jī)的震動(dòng)和噪聲的影響也是極大的。主要因?yàn)殡姍C(jī)的噪聲測(cè)量一般與表面相距不遠(yuǎn)，屬于近場(chǎng)測(cè)量。而電機(jī)產(chǎn)生的聲波近似為柱面波，無窮大平面聲波乘以相對(duì)應(yīng)的聲強(qiáng)系數(shù)即可測(cè)量出該電機(jī)的聲強(qiáng)。據(jù)研究表明，長(zhǎng)度長(zhǎng)、直徑小的電機(jī)相比較于長(zhǎng)度短、直徑大的電機(jī)聲強(qiáng)系數(shù)要大，噪聲輻射效率較高，因此，在滾筒洗衣機(jī)用開關(guān)磁阻電機(jī)的降噪減震方法上面可以盡量選擇相對(duì)滾筒洗衣機(jī)自身體積容量較大的電機(jī)，這樣對(duì)電機(jī)的降震減噪也有著明顯的實(shí)用性效果[10]。

4 結(jié)論

在我國(guó)滾筒洗衣機(jī)用開關(guān)磁阻電機(jī)的噪聲來源方面，最大的原因是由于徑向力引起的定轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)，往下便是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大引起的直接瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩控制的頻率較大。通過控制好空氣共振頻率，從而降低滾筒洗衣機(jī)用開關(guān)磁阻電機(jī)的噪聲問題，因而對(duì)我國(guó)滾筒洗衣機(jī)的電機(jī)降噪減震技術(shù)起到了關(guān)鍵性的一步。