毕业论文：高速永磁发电机减振降噪方法研究

目录/提纲：……
4、铁心饱和的影响
5、开口槽的影响
7、磁通振荡产生噪声
8、气隙动态偏心引起电磁噪声
一、选择合适的定转子槽型及槽楔
二、斜槽法和斜极法
三、选择合适的绕组型式
四、辅助槽法
五、选择最优极弧系数
一、选择较大的气隙长度
二、选择合适的极弧系数
三、选择合适的削角
四、选择合适的槽配合
一、磁路不对称引起的转矩波动
二、定转子不同轴引起的转矩波动
三、铁心扣片槽、焊接槽等工艺槽引起的转矩波动
四、合理选择定转子的材料和叠压工艺
五、对气隙偏心加以抑制
2、材料：铜条转子取代铸铝转子
3、设计：1）转子的结构设计须保证合理的对称性及同轴度
一、转矩波动产生的原因
二、抑制和减小噪声的措施
1、宽频带的风扇噪声
2、宽频带转子旋转噪声
3、宽频带的气流噪声，该噪声是由于通风道上的固定障碍物引起
一、从风扇本体控制
1、叶片形状及数量1）选择合适的风扇形式
3、叶片转速①叶片选用较大直径低转速
二、从风路控制
三、从风量控制
一、消声器
1、消声器的降噪控制消声器的夹子可减小噪声
二、隔声罩
一、滚动轴承噪声产生的原因及振源
2、轴承因负荷引起周期性弹性变形而引起振动和噪声
二、滑动轴承产生的原因
三、转子不平衡产生机械噪声
四、机械加工因素引起机械噪声
一、在轴承的尺寸，配合及加工精度等方面的改进措施：
……

大学毕业设计（论文）
题 目 高速永磁发电机减振降噪方法研究
院（系）　信息科学与工程学院　
专 业　电气工程及其自动化

摘 要

电机的振动和噪声是评价电机性能的一项重要指标。而且，电机噪声不仅可对电机的安全运行产生影响，严重的还可导致电机损坏。本文首先对电机的振动及噪声进行了总体分析；然后从电磁噪声、通风噪声、机械噪声三个方面分析了电机噪声产生的原因，并根据噪声产生的机理，从槽型、槽配合、极弧系数、安装工艺、转子平衡及风扇等多方面讨论了降低电机噪声的措施，并举例论证了其正确性；最后按降噪措施分类，并用产生式规则描述了降低噪声的方法，为开发电机减振降噪提供了专家知识库来源。

关键词：电机；振动；噪声；减振降噪；知识表达。


ABSTRACT

The vibration and the noise of motor are important indicators to evaluate motor performance.Moreover,the noise of motor can not only impact the safe operation of the motor but also can lead to serious motor damages.Firstly,this paper gives overall analysis of the vibration and the noise of the motor;Then,it analysis the causes of motor noise from the three aspects of electromagnetic noise,ventilation noise,mechanical noise.And according to the mechanism of noise generation,in some aspects, such as the groove,the groove cooperates,the pole arc coefficient,the installation process,rotor balancing,fan and so on, and we discuss the measures to reduce the noise,and this papers gives e*amples to demonstrate its correctness. Finally,to classify the methods by the measures of noise reduction, and with the production rules describing the measures of noise reduction,which provides the source of e*pert knowledge base for the development of motor noise and vibration reduction.

Key Words：Motor,Vibration,Acoustic noise,Noise and vibration reduction,Knowledge representation.


目 录

摘 要 I
ABSTRACT I
第一章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 电机振动和噪声 1
1.3 本课题主要工作 2
第二章 电磁噪声 4
2.1 电磁噪声概述 4
2.2 电磁噪声产生的原因 4
2.3 降低电磁噪声的方法 5
2.3.1 减小齿槽引起的转矩波动 6
2.3.2 减小电机运行时电磁转矩波动 10
2.3.3 减小工艺原因引起的转矩波动 13
2.3.4 减小控制器引起的转矩波动 16
2.3.5 降低电磁噪声的其他方法 17
2.4 本章小结 17
第三章 通风噪声 18
3.1 通风噪声概述 18
3.2 影响通风噪声的因素 18
3.3 降低通风噪声的方法 19
3.3.1 从声源控制通风噪声 19
3.3.2 在传播过程中控制通风噪声 22
3.4 本章小结 25
第四章 机械噪声 26
4.1
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略2936字，正式会员可完整阅读）……　
因主要有以下几方面：
1、气隙空间的磁场是一个旋转力波，其径向力波使定、转子发生径向变形和周期性振动，产生了电磁噪声。
2、气隙磁场中除电源基波分量外，还有高次谐波的分量，高次谐波的径向力波也都分别作用于定、转子铁芯上，使他们产生径向变形和周期性振动，一般情况下，对高次谐波来说，电机转子刚度相对较强，定子铁芯的径向变形是主要的，可产生较大的电磁噪声。
3、定子铁芯不同阶次谐波的变形，有不同的固有频率，当径向力波的频率与铁心的某个固有频率接近或相等时，就会引起共振效应，在这种情况下，即使径向力波幅值并不大，也会使铁心变形、产生周期性振动和较大的电磁噪声。
4、铁心饱和的影响。当铁心饱和时，将会使磁场正弦分布的顶部变得平坦，在磁场分布中加大了三次谐波分量，将使电磁噪声增加。
5、开口槽的影响。定、转子槽都是开口的，气隙磁导在旋转时是变化和波动的，气隙磁场中出现了很多在基波磁动势作用下产生的槽开口波，它们与气隙和槽开口大小有关，气隙越小，槽口越宽，幅值越大，产生的噪声亦越大。
6、当铁心固有频率较低时，在起动过程中产生较大的电磁噪声，在正常运转时，噪声反而降低。铁心压装不紧时，铁心冲片和通风槽板的振动将使电磁噪声增加。
7、磁通振荡产生噪声。在直流电机中，由于电枢齿距与补偿绕组节距选择、配合不当，以及主极极弧宽度与电枢齿距配合不当，都将产生电磁噪声。这主要是磁通以及极靴边侧磁通在电枢和极靴表面横向振荡的结果，与电机负载及转速有关，这种噪声有时表现为强烈的“嗡嗡”声。
8、气隙动态偏心引起电磁噪声。气隙偏心一边气隙加大，另一边气隙减小，造成了磁导沿圆周产生周期性变化，偏心使基波磁动势增加了一个谐波分量，谐波次数为

动态偏心是由转子椭圆、转轴弯曲和转子本身装配、加工产生偏心等原因造成的，随着转子转动，其偏心位置在不断改变，引起了旋转频率的单边磁拉力而产生噪声。

2.3 降低电磁噪声的方法

电机电磁噪声在低频段和刚度有关，在高频段和槽配合有关，这两方面均与电机的其他性能设计有密切关系，需综合考虑。下面将从减小转矩波动等方面讨论降低电机噪声的方法。


2.3.1 减小齿槽引起的转矩波动

一、选择合适的定转子槽型及槽楔

1、槽型

1） 采用闭口槽：当定子齿宽大于转子齿距，不能再增加定子齿宽时，可采用闭口槽或

者半闭口槽的办法，使定子槽口不大于气隙值。采用闭口槽时，槽口材料和齿部材料相同。因槽口的磁性能较好，因此闭口槽比磁性槽楔能更好地消除转矩波动。闭口槽及半开口槽电机空载时转矩波动对比如图2.1所示。







闭口槽虽可消除转矩波动，但给绕 图2.1 闭口槽对转矩波动的影响

组嵌线带来了不便，若大量生产的电机不宜采用闭口槽。此外，采用闭口槽后增加了槽漏电抗，增加了电机的电气时间常数，将会影响电机运动系统的动态特性。

2）《异步电动机设计手册》中对中小型轴向电机冲卷工艺要求，望内径处定子齿顶宽 ；考虑工艺要求及磁负荷的情况下一般选 。
3）定子槽口的宽度应尽可能的减小：气隙磁密谐波的幅值大小与定子槽口宽和齿距的比值 有关。 的改变对基波几乎没影响，但对齿谐波有较大影响。其一、二阶齿谐波幅值随 增加而上升，所以导致电机电磁噪声的增大。故对要求低噪声的电机，定子槽口的宽度应尽量小。
对开口槽电机，永磁体磁动势产生的一阶或者二阶齿谐波是电机电磁噪声的主要原因时，一般选定子槽口宽为定子齿宽的 1/2 或者 1/4。
定子槽口宽度减小虽能削弱齿槽转矩，但却给绕组下线工艺带来困难，也使漏磁增加，影响电机出力。
2、槽楔
磁性槽楔是在原来绝缘材料制成的槽楔的基础上，采用磁性材料及绝缘材料混合而制成的一种机械性能好、耐热、绝缘且具有一定导磁率的槽楔。
1）对定子槽开口大的应选用磁性槽楔；采用磁性槽泥，相当于减小了定子槽口宽度，改善了气隙磁场的分布，降低了磁场脉振幅值，从而降低电磁噪声。
2）磁性槽楔可有效减少定子槽开口的影响，使定转子间的气隙磁导分布更均匀，从而减小了由齿槽引起的转矩波动，但由于磁性槽楔材料的导磁性能不够好，而对转矩波动的削弱程度有限。
3）若在非磁性槽楔的情况下，就已使等效定子齿宽和转子齿距相等，这时若再采用磁性槽楔则可能使磁拉力的脉动增大，对降低电机噪声反而不利。
4）磁性槽楔采用真空浸渍工艺
采用磁性槽楔对电机低转速时抵消齿脉动效果良好，但须采用有效的浸渍工艺。对选用磁性槽楔的电机, 没有浸渍或浸渍不彻底, 在电机空载运行时会有明显的电磁噪声或轻微的沙沙声。负载时, 补偿绕组通电后，因铜的线胀系数较大,很快将槽中尚未被浸渍漆填满的间隙胀满, 而不发生足以产生明显电磁噪声的槽内磁拉力。
二、斜槽法和斜极法
斜槽能削弱低转速时齿槽转矩脉动产生的噪声，当电机转子采用斜槽时,各次谐波均有一个衰减的斜槽系数，对于ν次谐波的斜槽系数 为

式中： --斜槽距离；
--极距。
转子表面的齿谐波以 次和 次为最强。因此当 时，电机可同时削弱 次及 次谐波。可见，采用斜槽能削弱电机中最主要的磁场谐波所产生的轴向零阶径向力波到可忽略的地步。表2-1是三台电机转子斜过一个定子槽距时与没有斜槽时噪声声压级的测试对比值。
表2-1 斜槽降低噪声声级（dB）
极数 2极 4极 6极 极数 2极 4极 6极
转子结构 转子结构
半闭口直槽 56 48 47 闭口直槽
47 50.5 45
半闭口斜槽 37 33 39 闭口斜槽 29 26 34
噪声降低值 19 15 8 噪声降低值 18 24.5 11
由表可见，电机转子采用斜槽可有效降低电机电磁噪声。但当转子斜槽很大时虽对电机电磁噪音的降低有效但对电机的起动转矩、功率因数、温升影响较大。一般，转子斜一个定子槽距，既能有效地降低电机的电磁噪音，对电机性能影响又很小。
斜槽、斜极可使产生的齿槽转矩波动相互抵消。一般，采用定子斜一个齿距或永磁磁极斜过与一个定子齿距相同的角度，但斜槽或斜极对电机基波也有削弱，特别是电机每极每相槽数较少时，对反电动势系数的影响较大，具体可通过斜槽系数的公式来计算。
三、选择合适的绕组型式
（1）分数槽绕组
在现代永磁同步电机设计中，分数槽绕组在其利用率、性能和工艺等各方面的特点使其获得到广泛应用。电机采用分数槽绕组后,其磁场谐波波谱比整数槽的谐波波谱要密得多,这使电机内产生较多的力波次数小于4次的径向力波,加大了电机的振动和噪声。故为了减小永磁电机的电磁噪声,应合理的选择电机的极槽配合,且要选择合适的极弧因数,以降低谐波磁场中各次谐波的幅值。
分数槽绕组能较好的降低齿槽转矩脉动引起的噪声，但分数槽绕组也减小了电机的平均电磁转矩，其对方波型无刷直流电机反电动势的平顶宽度影响很大，从而产生电磁转矩脉动。
表2-2为不同极槽配合时电磁噪声的声级值。分析表明，槽极比的合理选择，对电磁噪声的降低有良好的效果。分数槽不能抵消的最低次谐波为槽数及极数的最小公倍数次谐波。如8极9槽电机，不能消除的最小谐波次数是72次，也即齿谐波基波的8次谐波，而齿谐波基波以及2~7次谐波都已被抵消；8极12槽电机不能消除的是24次谐波，即齿谐波的2次谐波，显然这种选择对齿谐波的削弱不及前者。
表2-2 不同极槽配合时电磁噪声声级值（dB）
极槽配合 计算噪声值（dB） 实测噪声值（dB） 相对误差（%）
8极 9槽 71.44 70 2.01
8极 36槽 55.76 59.6 6.44
8极 48槽 54.14 50.7 6.79
（2）绕组型式
方法一：选择合适的绕组型式和并联路数。
一般，优先选用双层短节距绕组或是正弦绕组，其双层部分节距应选在5/6—4/5之间，以削弱气隙磁场中影响较大的5次、7次谐波。在三相电机中，若磁场不对称，易产生额外的电磁噪声，对此可采取增加并联路数和线圈间加均压线来削弱此噪声。
方法二：选择合理的定子绕组并联支路
采用并联支路的绕组对降低噪声通常有一定的效果，但并不总是如此。有利的接法：每相所有极相组并联或每相两路并联，径向相对的极相组并联。
每一对极相应在两端用均压线连接在一起。若存在偏心，因径向相对的极相组电抗不同而在均压线上引起均衡电流，而削弱了偏心的_影响。
四、辅助槽法

辅助槽法即在电机铁心有效表面设置辅助槽，从而提高齿槽转矩波动的基波次数的方法。图2.2所示为电机设置辅助槽的示意

图。对于图2.2，转子极数为2，定子槽数为3，齿槽转矩的基波次数为6。在定子凸极上开设辅助槽后，使新的定子槽数为15，此时齿槽转矩的基波次数为30，提高了5倍，其齿槽转矩幅值必然下降，高次谐波的幅值就下降得更多。





图2.2 带辅助槽的电机

采用虚拟槽的方法消除齿槽转矩，但其并不总是会产生一个减小的齿槽转矩,为了获得减小的齿槽转矩,必须遵守以下基本规则:在一个定子齿上开槽口数 的选择必须满足: 与 的最大公倍数为1,即应当避免 。

五、选择最优极弧系数
通过改变极弧宽度来改善齿槽转矩脉动的同时,会加大电磁转矩脉动。因此,想选取一个特定的极弧系数以同时降低两种转矩脉动是不可能的。大多情况下是采取一个折衷办法来降低总的转矩脉动。
削弱齿槽转矩的基波幅值所选的最优极弧系数公式为：

为了尽量提高气隙磁密,从而增大电磁转矩,最优极弧系数在满足上式的同时,取值越大越好,因此实际中一般采用 。
以上各方法在设计时应全面考虑，它们大多会影响电机输出转矩的大小。如斜槽和斜极、减小气隙磁密、增大气隙、选择最优极弧系数等都能使电磁转矩降低；减小槽口宽度、增加磁性槽楔将给工艺带来困难；分数槽绕组设计及无槽结构虽有较多优点，但一般用在小功率的电机中。


2.3.2 减小电机运行时电磁转矩波动

一、选择较大的气隙长度
因电机定子铁芯中有嵌放线圈的沟槽和供通风用的通风沟，铁心端部存在端部效应等原因，故气隙磁场中除基波成分外，还有高次谐波存在。这些谐波产生的径向力波将引起噪声。增大气隙可使高次谐波大大衰减，从而可降低电磁噪声。
在选择气隙长度时，为比较转矩波动，需要保持气隙磁密幅值不变，所以永磁体磁化方向的长度得相应变化，但永磁体宽度要保持不变。表2-3为电机不同气隙长度的转矩波动和电磁噪声对比，可见，随着气隙的增加，转矩波动将逐渐降低。但永磁体磁化方向的长度也随之增加，增加了电机的成本。
表2-3 8极18槽电机不同气隙长度的转矩波动和电机噪声对比
气隙长度/mm 永磁体磁化方向长度/mm 转矩波动/% 计算电机噪声值/dB
2.5 3 3.03 62.99
3 3.8 2.71 61.39
3.5 4.7 2.4 60.88
4 5.7 2.1 59.82
气隙选择大一些，电磁噪声明显降低。当然气隙值不是越大越好。例对同步电机来说，气隙选得太大一方面电机漏电抗及瞬态电抗将变小，从而使起动电流增大，暂态保护困难；另一方面使励磁安匝数增大，进而转子用铜量增加，提高了电机制造成本。
二、选择合适的极弧系数
选择极弧系数时，为保持气隙磁密的幅值不变，气隙长度及永磁体宽度要相应变化，而永磁体磁化方向的长度保持不变。表2-4~2-5为不同容量8极18槽电机在不同气隙长度下的电机噪声比。
表2-4 1kW和1.5kW8极8槽电机不同极弧系数的转矩波动的对比
极弧系数 气隙长度/mm 永磁体宽度/mm 转矩波动/%
电机（1kW） 电机（1.5kW）
0.7 2.45 32.9 3.75 4.28
0.75 2.47 35.3 2.24 2.66
0.8 2.48 37.7 2.35 2.98
0.83 2.5 39.1 3.03 3.56
0.85 2.51 40 3.23 3.81
表2-5 2.8kW和4.4kW8极8槽电机不同极弧系数的转矩波动的对比
极弧系数 气隙长度/mm 永磁体宽度/mm 转矩波动/%
电机（2.8kW） 电机（4.4kW）
0.73 2.49 34.383 3.95 4.2
0.76 2.5 36 2.02 2.25
0.8 2.52 37.68 3.37 3.78
通过比较可知8极18槽电机极弧系数选择在0.75-0.76时，转矩波动最小。
三、选择合适的削角
在1kW8极18槽电机削角的选择时，保证气隙磁密的基波幅值不变。极弧系数选择0.83、0.8、0.75时，不同削角的转矩波动如表2-6所示。
表2-6 8极18槽电机在不同极弧系数时不同削角的转矩波动对比
h/
mm 削角/° 极弧系数0.83 极弧系数0.8 极弧系数0.75
波形畸变率% 转矩波动% 波形畸变率% 转矩波动% 波形畸变率% 转矩波动%
h=0 0 26.053 3.03 23.5 2.35 26.853 3.03

h=1 30 24.96 2.82 23.711 2.09 27.89 3.32
45 24.509 2.62 22.612 1.67 27.01 3.24
60 23.894 2.4 17.85 1.04 26.088 3.04

h=2 30 23.565 2.39 22.21 1.56 — —
45 22.346 1.45 23.11 1.88 — —
60 19.943 1.25 23.987 2.4 — —
从表2-6可见，当极弧系数选择0.83时，削角在1mm的30°、45°、60°和削角在2mm的30°45°、60°时转矩波动都是逐渐降低的。极弧系数选择在0.8时，只在lmm的30°、45°、60°是逐渐降低的，2mm的30°、45°、60°时，转矩波动反而增加。极弧系数选择在0.75时，虽然1mm的30°、45°、60°的转矩波动逐渐降低，但是它们的转矩波动都比没削角时大。
表2-7为0.9kW8极36槽在不同极弧系数下不同削角的转矩波动对比。由表可见，极
弧系数选0.8时，削角在lmm的30°、45°、60°和削角在2mm的30°、45°、60°时转矩波动都是逐渐降低的。而极弧系数选择在0.75时，削角只在1mm的30°时转矩波动是降低的，其余的都是在增加。说明并不是所有削角都能降低转矩波动的，只有极弧系数、h和削角的最优选择时，削角才能降低转矩波动。对比这两种电机，得出极弧系数选择0.8时，削角在1mm的30°、45°、60°都是降低的。
表2-7 0.9kW8极36槽不同极弧系数不同削角的转矩波动对比
h/
mm 削角/° 极弧系数0.8 极弧系数0.75
波形畸变率% 转矩波动% 波形畸变率% 转矩波动%
h=0 0 21.2 2.08 16.87 0.97

h=1 30 20.57 1.95 16.36 0.88
45 20.09 1.68 16.79 0.92
60 19.21 1.35 17.06 1.09

h=2 30 18.85 1.33 19.25 1.36
45 17.88 1.23 20.31 1.81
60 17.31 1.17 21.42 2.45
此外，削角后的波形畸变 ……（未完，全文共45853字，当前仅显示8248字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：高速永磁发电机减振降噪方法研究》）