摘要
近极槽表贴式永磁电机具有结构简单、效率高、功率密度高等优点，被广泛用于电力推进式舰艇和水下航行器等军用设备领域。然而，隐蔽性作为水下军用设备的重要指标，容易受到永磁电机振动噪声的影响。电机的振动噪声由一系列作用于定子齿部的电磁力波引起，在这些激振源中，极频激振源的幅值最大，这导致极频振动在各类永磁电机中普遍且显著存在。 国内外学者已对近极槽表贴式永磁电机的极频振动进行了大量的研究，但是在极频激振源的分析方法、种类、波动原因以及削弱方法等方面仍然存在一定的不足之处。本文采用一种模型改进型一维磁场分析法，对极频振动的激振源种类以及波动原因进行了分析，并提出了两种有效的削弱方法。主要研究内容如下: 基于径向与切向力波的激振方式，提出了一种模型改进型一维磁场分析法，并对比了两种力波对极频振动的贡献。首先，基于定子齿部与轭部的几何模型，分析了径向与切向力波的激振方式;接着，提出了一种模型改进型一维磁场分析法，将激振源等效为径向集中力与切向力矩。其中，切向力矩通过能量法求解，弥补了一维磁场法无法分析切向激振源的不足。然后，基于有限元模型，分析了两种力波对极频振动的贡献。结果表明，对于近极槽永磁电机来说，切向电磁力对振动的贡献基本可以与径向电磁力比拟，径向与切向力波均为重要的极频激振源。 在考虑径向与切向力波共同作用的前提下，分析了极频振动的产生机理。首先，分析了空载工况下激振源的变化趋势与磁极位置的关系，并基于径向集中力与切向力矩的计算过程和形成机理，确定空载工况下极频振动的原因;然后，将空载与负载工况下激振源的变化趋势以及磁密分布特性进行对比，验证所得结论在负载工况的有效性。结果表明，极间磁密过零区域引起的磁场畸变是导致极频振动的主要原因。 提出了一种轴向对称分段交错不等磁极结构，分析了该结构对极频振动的削弱作用。首先，建立有限元模型，揭示了该结构对极频振动的削弱机理。接着，设置振动对比实验，验证该结构的有效性。然后，将轴向对称分段交错不等磁极结构与极间磁极结构进行对比。结果表明，轴向对称分段交错不等磁极结构可以在保证原电机转矩密度的前提下，有效削弱极频振动;与极间磁极方案相比，轴向对称分段交错不等磁极方案可以消除轴向弯矩，且转矩脉动下降。 在轴向对称分段交错不等磁极的基础上，提出了一种轴向对称分段交错梯形磁极结构。与轴向对称分段交错不等磁极结构不同，该结构极间邻边连续倾斜。首先，建立该结构的有限元模型，分析电机的磁密分布特性以及激振源变化规律，揭示了该结构对极频振动的削弱机理。接着，基于谐响应分析与样机实验，验证了该结构的有效性。然后，将轴向对称分段交错梯形磁极结构与轴向对称分段交错不等磁极结构进行对比。结果表明，与轴向对称分段交错不等磁极方案相比，轴向对称分段交错梯形磁极方案加速度级减小，但转矩脉动增加。
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