电机定子叠片对电机噪声的影响

电机的噪声可分为三类：空气动力学、机械和电磁噪声源，而近年来人们越来越关注电磁噪声源带来的影响，这主要有两个原因：(a)中小型电机，特别是电机额定低于1.5kW以下，电磁源噪声主导声场；(b)这种类型的噪声主要是由于一旦电机制造完成其磁特性很难改变。

在以往的研究中，各种因素对电机噪声的影响已被广泛探索，如脉宽调制电流对内部永磁同步电机驱动器的声噪声行为的影响；绕组、机框和浸渍对定子谐振频率的影响；铁心夹紧压力、绕组、楔子、齿形、温度等对不同类型电机定子振动行为的影响等。

然而，在定子铁心叠片方面，对电动机振动行为的影响并未得到充分研究，尽管已知层片的夹持可以增加铁心的刚度，甚至在某些情况下，它们可能起到减震器的作用。大多数研究将定子铁心建模为一个厚实均匀的圆柱形铁心，以减少建模复杂性和计算负担。

麦吉尔大学的研究人员Issah Ibrahim 及其团队通过分析大量电机样本，研究了层压和非层压定子铁心对电机噪声的影响。他们基于实际电机的测得几何尺寸和材料性质建立CAD模型，参考模型为4极12槽内置永磁同步电机（IPMSM）。层压定子铁心的建模是通过Simcenter 3D中的层压模型工具箱完成的，该工具箱根据制造商的规格，包括阻尼系数、层压方式、层间许可、以及胶合剂的剪切和正应力等参数进行了设定。为了准确评估电机发出的声学噪声，他们开发了一个高效的声学模型，允许定子与流体之间的耦合，对现有定子结构周围的声学流体进行建模分析IPM电机周围的声学场。

图1(a)二维电磁模型 (b)设计变量在整个设计空间中的变化范围

研究人员观察到层压定子铁心的振动模式相对于相同电机几何结构的非层压定子铁心具有更低的共振频率；尽管在操作过程中频繁出现共振，但层压定子铁心电机设计的声压级低于预期；相关系数值超过0.9表明，通过依赖代理模型准确估计等效固态定子铁心的声压级，可以降低建模层压定子用于声学研究的计算成本。

图2 4极12插槽IPM电机的层压和非层压定子铁心样品的声压级

图3 层压和非层压定子从500RPM到3000RPM的Spearman相关系数分布

 

审核编辑：刘清