一種利于開關磁阻電機降噪的新散熱筋結(jié)構(gòu)

1、2005年9月電工技術學報Vol.20No.9第20卷第9期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYSep.2005一種利于開關磁阻電機降噪的新散熱筋結(jié)構(gòu)孫劍波詹瓊?cè)A（華中科技大學電氣與電子工程學院武漢430074）摘要振動和噪聲問題阻礙了開關磁阻電機的推廣應用。由于定子的徑向振動是開關磁阻電機噪聲的主要根源，因此定子振動系統(tǒng)的模態(tài)分析是降噪研究的有效手段。本文在散熱筋用料一定的條件下，通過改

2、變散熱筋結(jié)構(gòu)形式、高度、根數(shù)以及形狀，建立了八種計算模型，利用三維有限元模態(tài)分析對這些模型進行了仔細的分析和比較，最后得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結(jié)構(gòu)是高度高、根數(shù)多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結(jié)論。本文的研究對于低噪聲開關磁阻電機設計具有很好指導意義。關鍵詞：開關磁阻電機振動模態(tài)分析散熱筋中圖分類號：TM352ANovelRadiatingRibStructureofSwitchedReluctanceMotfLowAcou

3、sticNoiseSunJianboZhanQionghua（HuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074China）AbstractTheproblemsofvibrationacousticnoiselimittheapplicationofSwitchedReluctanceMots.Astheradialvibrationofstatistheiginoftheacousti

4、cnoiseofSwitchedReluctanceMotsmodalanalysisofstatvibrationistheeffectivewaytotheresearchoflowacousticnoise.Eightcomputativemodelsareconstructedbyvaryingthestructuralfmsheightquantityshapeofradiatingribsinthispaperunderth

5、econditionofthesameamountofradiatingribmaterial.Threedimensionfiniteelementmodalanalysisisadoptedtoanalyzecomparethesemodelscarefully.Eventuallytheconclusionisdrawnthattheringfmribs’schemeofhighermequantitynarrowtopbroad

6、bottomtrapezoidisthebestchoicetoreducetheacousticnoiseimproveheatdissipationundertheconditionthattheamountofribmaterialkeepsconstant.Theresearchwkisofgreathelptothedesignoflowacousticnoiseswitchedreluctancemots.Keywds：Sw

7、itchedreluctancemotvibrationmodalanalysisradiatingrib1引言開關磁阻電機（SwitchedReluctanceMot，SRM）具有一系列優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單堅固、維護量小，系統(tǒng)的容錯能力強，在缺相情況下仍能可靠運行；起動及低速時轉(zhuǎn)矩大、電流小，高速恒功率區(qū)范圍寬、性能好，調(diào)速范圍寬，在寬廣的轉(zhuǎn)速及功率范圍內(nèi)均有高效率而且有很好的魯棒性。因此，20世紀90年代以來，已被越來越多地應用于電動車輛

8、、礦山、油田、紡織機械等工業(yè)部門的驅(qū)動系統(tǒng)。特別是它的高速（超高速）性能好和較強的容錯能力，使它在航空航天、高速離心機等環(huán)境惡劣且安全性要求很高的領域得到廣泛應用[1]。然而，開關磁阻電機較其他傳統(tǒng)電機有較大的噪聲，阻礙了它在一些場合的推廣應用。開關磁阻電動機的通電相定子極受脈動的徑向磁拉力作用，使殼體結(jié)構(gòu)的定子產(chǎn)生壓縮形變而振動，構(gòu)成了其噪聲的主要根源[2]。因此，對電機定子振動特性的研究對于降低電機噪聲有著非常重要的作用。電機定子的

9、振動固有頻率及其模態(tài)可以通過模收稿日期20050307改稿日期2005051136電工技術學報2005年9月同于定子軛，機殼、定子軛和定子極的材料屬性分別列于表1中。表1電機各部分的材料特性Tab.1Materialpropertiesofmot楊氏模量E（Nm?2）密度ρ（kgm?3）泊松比ν機殼（鑄鋁）0.7210112.801030.33定子軛（硅鋼片）1.52110110.93578000.3定子極（折算繞組后）1.521101

10、114.5291030.3模型Ⅰ是只考慮了定子鐵心、機殼和繞組影響，沒有散熱筋的計算模型。模型Ⅱ是在模型Ⅰ的基礎上添加了軸向散熱筋，主要是為了考察散熱筋對固有頻率的影響。模型Ⅲ是在模型Ⅱ的基礎上將傳統(tǒng)的沿軸向分布的散熱筋結(jié)構(gòu)改為沿周向分布的散熱筋結(jié)構(gòu)，并保持散熱筋的高度和總體積不變。模型Ⅲ的散熱筋縱向截面形狀為矩形。模型Ⅰ～模型III的有限元計算模型如圖1所示。模型Ⅰ模型Ⅱ模型Ⅲ圖1模型Ⅰ～模型Ⅲ的有限元計算模型Fig.1FEmodel

11、ofmodelItomodelIII模型IV是將模型III的散熱筋截面矩形的高度減半，根數(shù)不變，厚度增加，使變化前后的散熱筋總體積保持不變。模型V是在模型Ⅲ基礎上將散熱筋數(shù)目加倍，高度不變，厚度減半，同樣也保持了散熱筋總體積不變。模型VI是在模型Ⅲ基礎上，將散熱筋截面矩形改成上窄下寬的梯形，保持散熱筋高度、數(shù)目以及總體積不變。模型VII是在模型Ⅲ基礎上，將散熱筋截面矩形改成上寬下窄的梯形，保持散熱筋高度、數(shù)目以及總體積不變。模型VIII

12、將散熱筋的材料全部放到機殼中，使機殼變厚。模型Ⅲ到模型Ⅷ的縱向12截面圖如圖2所示。模型Ⅲ模型Ⅳ模型Ⅴ模型Ⅵ模型Ⅶ模型Ⅷ圖2模型Ⅲ～模型Ⅷ的12縱向截面圖Fig.212LongitudinalcrosssectionalviewofmodelⅢtomodelVIII4結(jié)果分析對上述八種模型做無任何機械約束的自由振動模態(tài)分析，得到的各階固有頻率如表2所示。為了便于比較，將表2中每個模型的各階固有頻率的較小值示于一個圖中，見圖3。在圖3中，

13、比較模型Ⅰ與模型Ⅱ的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)2階到4階的固有頻率變化不大，而5階固有頻率有較大的差別。這說明：傳統(tǒng)的軸向散熱筋主要影響振動系統(tǒng)的高階固有頻率，而且會使高階固有頻率有所降低；比較模型Ⅰ和模型Ⅲ的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)采用了周向散熱筋結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的2、3和4階固有頻率有所上升，而5階固有頻率幾乎沒有變化。比較模型Ⅱ和模型Ⅲ的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)模型Ⅲ的各階固有頻率都比模型Ⅱ的要高，且階數(shù)越高，增長的幅度越大。這說明：采用周向散熱筋結(jié)構(gòu)比軸向散熱筋結(jié)構(gòu)

14、的固有頻率高，且提高高階固有頻率的效果非常顯著；模型III到模型VII的計算結(jié)果都非常接近，而模型VIII只是5階固有頻率比它們略高，模型Ⅰ的5階固有頻率與它們的5階固有頻率都非常接近；比較模型Ⅰ和模型VIII，可以看出由于機殼厚度的增加，各階固有頻率都有所上升。由于通過圖3很難比較模型Ⅲ到模型VII的細微差別，所以再通過表2來觀察它們的結(jié)果差別：比較模型III與模型IV的計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)模型IV的各階固有頻率都比模型III略低，這說明散