论文基于磁瓦优化解决直流有刷电机电磁超音问题，该文是电机毕业论文格式模板范文跟磁瓦和超音和电机相关论文范例.
汽车行业将噪声、振动与舒适性合在一起统称为车辆的NVH（Noise、Vibration、Harshness）问题.由于它给汽车用户的感受是最直接和最表面的,在很大程度上反映出生产厂家的设计水平及工艺水平,因此它是各大整车制造企业和零部件企业重点关注的问题之一.当在汽车车辆设计的内容中谈到NVH时,在哪些情况和频率范围需要考虑噪声、振动和舒适性并没有清晰的定义,这取决于居住者或环境所感知到的现象.本文基于汽车冷却风扇及电机的降噪要求,提出了优化磁瓦结构代替现有同心磁瓦和偏心磁瓦,并通过振动噪声变化曲线分析得出优化后的磁瓦在降低有刷直流电机电磁噪声方面的实用性.
一般汽车冷却风扇使用的都是永磁同步电机,该电机具有高效率、低耗能以及环保节能等特点,因此在汽车和船舶等领域得到广泛应用.永磁同步电机的噪声主要分为机械振动噪声、空气动力噪声、电磁噪声以及电刷噪声等.
电机的种类、结构造型和电机转数等的不同,其产生的噪声种类也随之变化.行业内已经研究出了很多解决机械振动噪声以及空气动力噪声的方法,然而电磁噪声一直没有行之有效的解决办法,因此电磁噪声是永磁同步电机最主要的噪声来源.
理论分析
直流电机的电磁噪声是由气隙磁场（主要是谐波磁场）引起磁极与机座变形和周期性振动而产生的,在气隙磁场和电枢槽口的相互作用下,产生了噪声.消除或削弱齿槽转矩影响的方法主要有：
1.重新设计电枢铁心的形状；
2.改变电机的极数和槽数；
3.永磁体采用斜极结构；
4.电枢铁心直槽改为斜槽；
5.增加定子齿上的辅助槽.
其中1、3、4、5这4种方法增加了制造电机的工艺难度,而方法2很大程度限制了电机槽数的自由选择,不利于电机的整体设计.
齿槽转矩是永磁电机不通电时永磁体和铁心之间相互作用产生的转矩.本文是通过改变永磁磁极的形状,采用偏心磁极结构代替现有同心磁瓦结构,使磁极两端厚度减小,从而达到削弱齿槽转矩,降低电机电磁噪声的目的.
试验验证
在半消声室内测试冷却风扇噪声水平,麦克风距离吸风式冷却风扇1 m,冷却风扇两端加载14 V额定电压,通过控制器使风扇转速均匀稳定连续上升,得到连续上升的总声压及各阶次噪声曲线,如图1冷却风扇总成初步噪声测试图.不同颜色曲线代表不同阶次谐波分量曲线,从图中可以看出,总声压级的异常凸起与20阶次的噪声曲线在转速上匹配,说明是20阶的异常噪声与风扇的部件发生共振.
阶次表示每转一次事件发生的次数.从图2中可以看出,除了20阶以外,只有10阶和7阶的噪声有明显波动,而10阶噪声曲线与20阶完全不同,可以得出判断：总声压级噪声突变受20阶影响,而与10阶、7阶无关.相对于风扇总成,阶次为20阶的部件为电枢,其转子槽数为20槽,这表示空间某一点中,风扇转动一圈,电枢齿槽对应这点的位置发生20次相同变化,风扇在20阶的噪声很有可能就是电枢齿槽造成的.即噪声来源与电枢齿槽相关.
复测证明了噪声来源于电机内部而非风叶,基本可以确定与电枢齿槽密切相关.而电枢齿槽影响电机电磁噪声.因此,噪声问题的解决要从解决电磁噪声入手.
优化方案
基于现有磁瓦结构的诸多缺点,考虑从降低电机电磁脉动力出发,在保持电机性能基本不变的前提下.通过对磁瓦局部设计结构优化,去除了局部影响磁密畸变的多余结构设计,降低磁密在边缘处的畸变水平.
工作原理
本文采用的同心磁瓦的磁性能波动曲线,边缘畸变效应显著.这一现象导致在一个旋转周期内电磁力脉动产生起伏波动.
电磁力畸变导致电机振动-噪声的激励是由于气隙磁场存在畸变,切电枢开一定数量的槽,由于齿槽的影响,使得电机电枢在每次通过磁瓦边缘受到的力与通过磁瓦中心段时所受的力是不同的.该周期性的交变力构成了电机电磁脉动力的基波,同时该脉动力又存在着大量的谐波分量.基波力和谐波力,直接对电机轴系及其承载结构进行激励.
由于本电机设计应用于车辆上,电机在车上表现为持续的间断性运转,时不时激发的电机振动和噪声,直接影响到乘客的舒适性感受,同时电机频繁处于共振-非共振的波动,也对电机轴系的寿命也有一定的影响.
磁瓦结构优化设计
目前永磁直流电机应用的磁瓦主要有同心磁瓦和偏心磁瓦.同心磁瓦的优点是电机效率高,节能节材.缺点是阶次噪声高.偏心磁瓦的优点是阶次噪声低,缺点是电机效率低,耗能耗材.
本次磁瓦结构优化出发点：在散热器冷却风扇总成、电机性能已经锁定的情况下,如采用偏心磁瓦,产品性能将受到影响,因此不采用.采用散热器冷却风扇总成、电机性能基本保持不变的优化磁瓦.特定结构针对应气隙磁密畸变所致的局部磁通变化的结构调整.尺寸控制如下：
1.磁瓦内半径R1等于45.7 mm,但仅控制在55 °范围内；
2.磁瓦外半径R2等于52.5 mm,外半径保持不变；
3.磁瓦在等半径区域控制厚度为6.8 mm；
4.磁瓦在畸变边缘至距离中心27.5 °的等半径区域存在过渡区,过渡区段采用平滑抛物曲线过渡；
5.极靴最外侧边缘距磁瓦中心顶部为15.3 mm；
6.磁瓦在畸变边缘处给予R2倒角.
改善了磁瓦的磁性能局部畸变,从根源上优化了电磁力脉动的幅度,改善了电机振动噪声等舒适性指标.而平均值性能的维持,则意味着电机在性能和效率上得到了有效保证.
散热试验对比
优化磁瓦应用于汽车散热器冷却风扇领域,针对现有常规优化手段——偏心磁瓦的能耗缺陷进行优化,实现了与常规等半径磁瓦相似效率条件下的振动噪声性能改善.
1.由于对磁瓦边缘结构的进行了特别改进,能调整电枢气隙磁场磁密度分布,改善了气隙磁场的边缘效应,使得不均匀磁通（磁压降）导致的电磁脉动力得到了下降.
2.本优化设计结构仅针对局部进行了结构优化调整大幅降低了偏心磁瓦所致的整体磁性能下降,本产品的磁瓦结构优化设计-使得磁瓦-电枢整体磁通性能与常规等半径磁瓦结构相似.由于电枢-磁瓦磁通性能得到了保证,电机效率这一参数几乎没有下降.
3.由于上述磁瓦边缘结构的优化,最终改善了电磁脉动力的波动幅度.磁瓦-电枢系统对电机轴的周期性作用力,以及谐波作用力的也得到了下降,使得电机工作时的振动和谐波振动得到了有效抑制.电机的振动噪声得到了改善,而电机结构振动的下降,对电机的耐久性,寿命也有一定益处.
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