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有刷直流电机旋转工作噪声分析及研究

  有刷直流电机旋转工作噪声分析及研究_数学_自然科学_专业资料。有刷直流电机旋转工作噪声分析及研究 朱静 【摘 要】有刷直流电机的噪声主要来自电磁振动噪声及电刷摩擦噪声。文章利用了数值计算有限元 方法,对转子系统建立了有限元模型,优化了定子轴系的固有频率,减弱了共

  有刷直流电机旋转工作噪声分析及研究 朱静 【摘 要】有刷直流电机的噪声主要来自电磁振动噪声及电刷摩擦噪声。文章利用了数值计算有限元 方法,对转子系统建立了有限元模型,优化了定子轴系的固有频率,减弱了共振效应,改善了噪声 。 【期刊名称】《无线互联科技》 【年(卷),期】2019(016)016 【总页数】2 【关键词】有刷电机;噪声;有限元方法 随着汽车行业竞争越来越激烈,尤其是对低成本设计要求,有刷直流电机由于成本低、控制简单 ,在汽车行业得到了广泛的应用[1]。有刷直流电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷,转子上安 装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组,产生电枢电流,电枢电 流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩,使电机旋转带动负载[2]。有刷电机在提供动力的同 时,也带来了振动与噪声的问题,汽车行业又是一个对噪声、振动和声振粗糙度 (Noise,Vibration and Harshness,NVH)有着严苛要求的行业,向有刷电机的应用提出了巨 大的挑战。本文以某主机厂有刷直流电机项目中的工作噪声为背景,分析了噪声产生的原因,通过 有限元方法,建立了有刷直流电机转子系统的有限元模型,通过改进设计及固有频率分析,最终改 善了噪声并达到了NVH要求。 1 有刷直流电机的噪声机理分析 有刷直流电机噪声来源主要有两类:电刷摩擦振动噪声及电磁振动噪声。电刷的摩擦振动噪声是由 于换向器跟碳刷接触,在转子旋转过程中接触摩擦而产生的噪声。碳刷材料的配方在此类噪声产生 的环节方面起到决定性作用。目前,各大电机公司都致力于碳刷材料的配方研究。 电磁噪声是电机噪声的组成部分,它通过磁轭向外传播[3]。气隙磁波作用在定子上,产生径向和切 向磁力两个分量。真钱扑克大全,使定子产生振动变形的径向分量是电磁噪声的主要来源,使定子齿弯曲产生局部 变形的切向分量是电磁噪声的次要来源。当径向电磁力波与定子的固有频率接近时,就会引起共振 ,使振动与噪声大大增强。 3件样件的噪声测试结果如图1所示。在1 000 Hz左右,噪声明显,通过更换不同类型的碳刷,电机 仍然产生了此频率的噪声,由此推断噪声来源于转子的共振。固有频率可利用数值计算有限元方法 实现,即有限元里面的模态分析方法。模态分析是将线性时不变系统振动微分方程组中的物理坐标 变换为模态坐标,使方程组解耦,成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程,坐标变换的变 换矩阵为振型矩阵,每列即为各阶振型。 2 转子轴系及有限元模型 有限元方法是将连续的几何体划分为离散的单元体,将单元赋予对应的材料属性,如弹性模量、泊 松比、密度等特性,利用数值计算方法,计算所要得到的结果[4]。某有刷电机的转子系统,包含轴 承、换向器、电枢片叠组、轴等如图2所示,其中绕线部分用等效的实体代替。主要的材料属性如 表1所示。 对几何体进行网格划分可得到网格模型,根据电机的实际工作情况,在轴承表面施加固定约束边界 条件,如图3所示。 3 模态分析结果及噪声改善 根据模态分析可以得到第一阶弯曲固有频率,如图4所示。第一阶弯曲振型的固有频率为985 Hz,与图1中测试的峰值相吻合,再次证明了共振是产生此噪声的原因。考虑到优化方案的成本及 可实施的简便性,通过增加主轴的直径来增加第一阶弯曲振型的固有频率。将轴的直径增加5 mm,计算固有频率得到第一阶弯曲振型的固有频率为1 100 Hz。并且通过样件测试验证,噪声问 题得到了解决,达到了要求。图5为测试结果,表示出了改善前的测试结果,可看出图2件改善后的 样件测试结果。 4 结语 文章通过测试分析与有限元方法模态分析相结合的方法,通过一定的简化模型,建立了转子轴系的 有限元模型,基于此模型进行优化分析,成功解决了某电机的振动噪声问题,具有很大的工程价值 。 [参考文献] [1]陈永校.电机噪声的分析和控制[M].杭州:浙江大学出版社,1987. [2]陈世坤.电机设计[M].北京:机械工业出版社,2004. [3]赵玫.动力机械振动与噪声学[M].北京:科学出版社,2003. [4]李景湧.有限元法[M].北京:北京邮电大学出版社,1999.

时间:2020-07-27 17:24