設計優化改善三相異步電動機噪音的措施,初步確定電磁方案后,通過有限元仿真分析,進行電磁激振力與零部件固有頻率、振動模態分析、諧波響應分析、溫度場計算;通過對多物理場耦合分析,反復迭代計算,進一步優化電磁設計方案,確定電機零部件尺寸及電機結構設計方案。電機結構設計時主要考慮材料選型、結構抗沖擊分析、整體輕量化設計等方面。軸承選用時,注意軸承的受力狀態和自身的噪音控制。端蓋設計時注重質量分配、結構剛度強化以及沖擊載荷,進行相關校核計算。根據設計方案,基于電磁力產生機理、零部件結構特點、振動傳遞路徑、零部件應力消除及軸承安裝與預緊等振動影響因素,開展電機全工序制造工藝研究,通過進一步優化電磁設計、采用高精度軸承、改進通風系統等措施,降低電機的振動和噪音。
低噪音三相異步電動機通過分析電動機定、轉子氣隙中的基波磁場和一系列諧波磁場的影響因素,采取措施削弱幅值較大的低頻次徑向力波。利用低噪聲電磁設計軟件,展開槽配合、定、轉子槽型尺寸、轉子斜槽和繞組型式等關鍵磁路參數設計,通過反復迭代計算,確定電機定、轉子鐵芯齒部、軛部磁通密度、氣隙磁密、定、轉子電流密度、熱負荷及電氣性能參數。運用Ansys Maxwell 2D分別進行電機穩態和瞬態電磁場有限元分析計算,根據電機電磁場穩態、瞬態及額定轉速時的磁力線和磁通密度分布情況,進行磁場計算。空載及負載電磁激振力幅值,電磁激振力分布可通過繞組、槽型及氣隙予以改善,使電磁設計更加合理。建立數學模型,結合 MATLAB 軟件可得到2D磁通密度的分布特性。對電機進行有限元校核,考慮斜槽因素,進行時間和空間電磁激振力計算,通過優化槽斜度、槽型設計及繞組形式,降低電磁激振力幅值,從而降低電機振動噪聲。通過電機振動模態有限元分析,確定電機內部結構的振動模式和頻率的計算方法。基于有限元分析理論,將電機的結構和材料特性建模為有限元模型,利用數值求解方法計算出模態(振動特征),優化設計和改進電機性能,對電磁方案進行調整,重復迭代計算,直到各項達到最優效果,輸出最終電磁設計方案。
低噪音三相異步電動機需要在常規產品結構基礎上進行減振降噪設計,抗沖擊設計,輕量化設計,電機軸承外圈防蠕動設計。優化電磁設計,采用合理的槽配合,有效抑制電磁噪聲;采用合理的裝配工藝,預防因機械原因產生的電磁噪聲;定、轉子沖片采用特殊槽形設計、鑄鋁轉子特殊斜槽設計,可有效削弱電磁激振力;提高零部件的加工精度和轉子動平衡精度,降低電動機振動;采用特殊定制的單旋向風扇,抑制電動機的空氣噪聲。
某型低噪音電機采用磁路法和有限元法開展三相異步電機電磁激勵計算分析,磁路法采用低噪聲電機電磁設計軟件,軟件考慮了鐵心疊壓系數、電源諧波、沖片軋制因素、定轉子開槽的等影響因素,能夠采用低諧波繞組形式,分析不同諧波次數的繞組系數及磁動勢,計算空載和負載情況下產生激振力的氣隙及組合諧波磁密,通過調整定轉子槽型相關物理尺寸和繞組參數,降低主要諧波磁密,合理設計電機效率、功率因數、轉矩等電氣性能參數,初步確定電磁數據模型。有限元法采用三維電磁場分析,分析計算電磁場分布,并通過麥克斯韋應力張量法進一步求得氣隙瞬時電磁力分布,運用優化分析處理功能或NVH仿真分析,對定轉子槽型、轉子斜槽度、繞組分布等進一步迭代分析計算,降低電機電磁力,最終確定電機電磁設計方案。制定低噪聲電機全工序制造工藝和工裝夾具,如定轉子沖片軋制工藝、定子鐵心疊壓工藝、機座及端蓋高精度加工制造工藝、消除應力的工藝措施、零部件裝配工藝、軸承振動噪聲控制及安裝工藝、轉子動平衡及整機動平衡工藝,設計定轉子沖模、定子繞線模具、轉子夾軸、鑄鋁模及其他機械加工用工裝夾具,利用高精度加工機床和三坐標檢測手段,實行“三定”原則,保證工藝方案的實施和驗證。通過上述電磁和結構等方面的優化設計,以及全工序的工藝優化研究,最終該型電動機通過電氣性能和流體與結構性能的檢測,電氣性能和結構噪聲均滿足該型產品的標準要求。



