永磁无刷直流电动机电磁振动与噪声分析

永磁无刷直流电动机电磁振动与噪声分析

施凡

广东威灵电机制造有限公司，广东佛山，528311

【摘要】永磁无刷直流电动机设备运行过程中发生的噪声问题，通常会引致永磁无刷直流电动机设备呈现出疲劳运转状态，缩短永磁无刷直流电动机设备的使用寿命持续时间，给人民群众的日常化生活实践过程，造成显著不良影响。文章将会围绕永磁无刷直流电动机电磁振动与噪声，展开简要的阐释分析。

【关键词】永磁无刷直流电动机；电磁振动；噪声；研究分析

0引言

作为改善提升国家层级社会生产力总体水平，以及运作发展高端技术设备制造行业领域的关键性前提条件，持续深入推进实施围绕能耗水平相对较低，以及运行效率相对较高的电机设备的研究探索工作历程，已然成为社会主义国家未来各项长期建设发展事业，以及科学技术进步历程中的必然趋势。通常使用的驱动电机技术设备的基本特点，在于其内部组成结构相对简单，运行使用过程经济成本支出水平相对低廉。然而，伴随着时代背景持续变迁，传统发展阶段已经得到推广普及运用的感应电机设备、自励磁电机设备和开关磁阻电机设备等，基于运行使用过程总体效率层面已然无法契合满足客观实际需求，逐渐被技术性能表现状态更加优越，以及运行功率密度相对更大的永磁电机设备予以替代。

1永磁无刷直流电动机振动噪声理论基础

1.1电机结构及原理论述

1.1.1永磁无刷直流电动机结构组成

永磁无刷直流电动机设备在其内部组成结构方面，选择使用电力电子技术组件和控制电路技术结构，支持其各项运行技术性能均得到较大幅度的改善。

（1）永磁无刷直流电动机设备的本体结构组成部分。与传统化永磁无刷直流电动机设备在内部组成结构层面具备类似性，基于定子槽技术结构内部接入三相电枢绕组技术结构与开关控制电路技术结构相互连接，继而指向换相方面推进开展控制技术环节；转子技术组件上安装配置有提供主磁场技术环境的高性能磁钢材料。

（2）转子位置传感器技术组件。转子位置传感器技术组件发挥的主要作用，在于实时动态获取转子永磁体技术组件相对于定子铁芯技术组件的位置信息，且将其视作技术信号具体发送给开关控制电路技术结构，继而配合完成换相技术过程。

（3）开关控制电路技术结构。

1.1.2永磁无刷直流电动机工作原理

在永磁无刷直流电动机设备运行使用过程中，定子技术组件与转子技术组件之间通常会形成气隙磁场技术环境。

永磁无刷直流电动机设备的换相技术过程主要发生在转子位置传感器技术组件，它通常会指向开关控制电路技术结构提供一个转子技术组件相对于定子铁芯技术组件的位置信号，遵照具体接收获取的信号开关控制电路技术结构，推进开展逻辑判断技术环节，并且指向功率开关技术器件发挥触发作用，继而控制干预定子槽内部电枢绕组技术结构的通电状态和断电状态。

1.2电磁场基本原理分析

1.2.1电磁场中的边界条件

电磁场计算处理环节的实质，是对微分方程求解，对常微分方程而言，辅助条件决定任意常数后，即可得唯一解。对于偏微分方程而言，在边界条件和初始条件确定的情况下，才可计算取得唯一解。

（1）狄里克莱边界条件

（1）

（2）诺依曼边界条件

（2）

    （3）自然边界条件

此处指的是处在媒质分界面之上的边界条件，也就是说，与不同媒质交界面场量对应的切向边界条件，以及法向边界条件均属于自然边界条件，基于Ansoft计算实施过程中，指涉的是系统在默认状态下设定的边界条件，不需用户具体实施指定环节。

1.2.2电磁场基本方程式

针对电磁场边界技术问题开展的计算求解过程，实质上就是要计算求解与麦克斯韦方程组对应的特定化边界问题。磁场基本方程组的表达式为：

（3）

在公式（3）中，矢量H表示的磁场强度技术参数项目，其单位为A/m；J表示的是电流密度技术参数项目，其单位为A/m2；D表示的是电位移技术参数项目，其单位为C/m2；E表示的是电场强度技术参数项目，其单位为V/m；B表示的是磁感应强度技术参数项目，其单位为T；ρ表示的是自由电荷体密度技术参数项目，其单位为C/m3。

1.2.3电磁力解析式

（4）

在公式（4）中，F表示的是电磁力技术参数项目，v表示的是物体受力体积技术参数项目，f表示的是电磁力体密度技术参数项目，s表示的是物体受力表面积技术参数项目，T表示的是应力张量元技术参数项目。

1.3电机模态原理分析

电机设备的电磁振动与噪声，不但与电磁力波关联，还受电机设备的结构，以及固有振动技术特性的制约。

针对电机设备的固有振动技术特性展开计算求解，通常可以运用解析计算方法，以及有限元计算方法。

1.4振动与噪声原理分析

1.4.1结构动力学理论

    永磁无刷直流电动机设备在受到电磁激振力作用条件下，通常会形成展现出振动形变现象，且振动现象的发生是引致出现噪声问题的根本原因，需要参考结合结构动力学理论指向永磁无刷直流电动机设备运行过程中振动现象展开系统分析。

1.4.2辐射噪声理论

永磁无刷直流电动机设备运行过程中产生的噪声现象，通常可以被划分成电磁噪声现象、机械噪声现象，以及气动噪声现象三个类别。

在永磁无刷直流电动机设备运行过程中，电磁噪声现象产生的主要原因，在于永磁无刷直流电动机设备内部定子技术组件、转子技术组件之间的气隙磁场相互作用，实际产生的电磁作用力在向外传播过程中会形成噪声现象，且与永磁无刷直流电动机设备的基本结构密切相关。

机械噪声现象的主要引致原因，涉及包含轴承技术组件转动因素、齿轮啮合因素、转子技术组件缺乏平衡或者是偏心因素。

2永磁无刷直流电动机电磁场分析

2.1气隙磁场解析计算

在不考虑饱和技术效应，以及铁心磁阻发挥的影响作用条件下，气隙磁密可表示为气隙磁势与气隙比磁导的数量乘积。

当永磁无刷直流电动机设备呈现出表贴式时，气隙比磁导只需考虑定子开槽且转子表面光滑的具体技术情况。

2.2电磁力波解析计算

遵照麦克斯韦应力张量法的基本原理可以知晓，电磁力波的解析表达式为：

（5）

2.3频率分析

    由转子永磁体技术组件谐波磁场频率，以及定子技术组件谐波磁场频率共同作用，能够推导获取到永磁无刷直流电动机设备的电磁波频率计算表达式。

结束语：

    伴随高端电机设备生产制造行业领域的优质稳定发展，各行各业针对能耗水平相对较低，以及技术性能更加优良的电机设备提出的使用需求数量，正在呈现出持续增加的变化趋势。永磁无刷直流电机设备的主要特点，在于起动转矩相对较小、损耗相对较低，以及控制性能较为灵活，其在电动汽车产品生产制造行业领域、家用电器产品生产制造行业领域，以及小电机产品生产制造行业领域，已经得到广泛充分运用，但是其运行过程中发生的噪声问题，正在引起到愈来愈多的关注，需要采取妥善措施加以解决处置。

参考文献：

[1]苏亮,裴长江,黄智兴.基于永磁无刷电机的电动仿真目标动力系统设计[J].车辆与动力技术,2023(03):41-46.

[2]彭志华,王静薇,尹进田,等.空调用永磁无刷直流电机磁场分析与损耗计算[J].工业控制计算机,2022,35(10):164-165+168.

[3]冯志宇,王博,袁野.永磁有刷直流电动机齿槽转矩与电磁噪声研究[J].电气技术,2022,23(05):62-67+72.

[4]孟虎.基于PIC单片机的永磁无刷直流电动机速度控制[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(24):125-126.

[5]马春旭.永磁无刷直流电动机电磁振动与噪声分析[D].哈尔滨理工大学,2022.

[6]朱高林,肖遥剑,赵浩,等.永磁无刷直流电动机位置传感器精度对脉动转矩抑制效果的影响研究[J].计量学报,2021,42(04):432-437.