電機(jī)定子疊片對(duì)電機(jī)噪聲的影響

電機(jī)的噪聲可分為三類：空氣動(dòng)力學(xué)、機(jī)械和電磁噪聲源，而近年來(lái)人們?cè)絹?lái)越關(guān)注電磁噪聲源帶來(lái)的影響，這主要有兩個(gè)原因：(a)中小型電機(jī)，特別是電機(jī)額定低于1.5kW以下，電磁源噪聲主導(dǎo)聲場(chǎng)；(b)這種類型的噪聲主要是由于一旦電機(jī)制造完成其磁特性很難改變。

在以往的研究中，各種因素對(duì)電機(jī)噪聲的影響已被廣泛探索，如脈寬調(diào)制電流對(duì)內(nèi)部永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的聲噪聲行為的影響；繞組、機(jī)框和浸漬對(duì)定子諧振頻率的影響；鐵心夾緊壓力、繞組、楔子、齒形、溫度等對(duì)不同類型電機(jī)定子振動(dòng)行為的影響等。

然而，在定子鐵心疊片方面，對(duì)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)行為的影響并未得到充分研究，盡管已知層片的夾持可以增加鐵心的剛度，甚至在某些情況下，它們可能起到減震器的作用。大多數(shù)研究將定子鐵心建模為一個(gè)厚實(shí)均勻的圓柱形鐵心，以減少建模復(fù)雜性和計(jì)算負(fù)擔(dān)。

麥吉爾大學(xué)的研究人員Issah Ibrahim 及其團(tuán)隊(duì)通過分析大量電機(jī)樣本，研究了層壓和非層壓定子鐵心對(duì)電機(jī)噪聲的影響。他們基于實(shí)際電機(jī)的測(cè)得幾何尺寸和材料性質(zhì)建立CAD模型，參考模型為4極12槽內(nèi)置永磁同步電機(jī)（IPMSM）。層壓定子鐵心的建模是通過Simcenter 3D中的層壓模型工具箱完成的，該工具箱根據(jù)制造商的規(guī)格，包括阻尼系數(shù)、層壓方式、層間許可、以及膠合劑的剪切和正應(yīng)力等參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定。為了準(zhǔn)確評(píng)估電機(jī)發(fā)出的聲學(xué)噪聲，他們開發(fā)了一個(gè)高效的聲學(xué)模型，允許定子與流體之間的耦合，對(duì)現(xiàn)有定子結(jié)構(gòu)周圍的聲學(xué)流體進(jìn)行建模分析IPM電機(jī)周圍的聲學(xué)場(chǎng)。

圖1(a)二維電磁模型 (b)設(shè)計(jì)變量在整個(gè)設(shè)計(jì)空間中的變化范圍

研究人員觀察到層壓定子鐵心的振動(dòng)模式相對(duì)于相同電機(jī)幾何結(jié)構(gòu)的非層壓定子鐵心具有更低的共振頻率；盡管在操作過程中頻繁出現(xiàn)共振，但層壓定子鐵心電機(jī)設(shè)計(jì)的聲壓級(jí)低于預(yù)期；相關(guān)系數(shù)值超過0.9表明，通過依賴代理模型準(zhǔn)確估計(jì)等效固態(tài)定子鐵心的聲壓級(jí)，可以降低建模層壓定子用于聲學(xué)研究的計(jì)算成本。

圖2 4極12插槽IPM電機(jī)的層壓和非層壓定子鐵心樣品的聲壓級(jí)

圖3 層壓和非層壓定子從500RPM到3000RPM的Spearman相關(guān)系數(shù)分布

審核編輯：劉清