開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲解析與精準(zhǔn)控制策略探究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代工業(yè)與日常生活中，電機(jī)作為將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的關(guān)鍵設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。開關(guān)磁阻電機(jī)（SwitchedReluctanceMotor，簡稱SRM）作為一種新型調(diào)速電機(jī)，憑借其獨(dú)特優(yōu)勢在眾多電機(jī)類型中脫穎而出，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價(jià)值。開關(guān)磁阻電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固的特點(diǎn)，其定、轉(zhuǎn)子均由普通硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子既無繞組也無永磁體，這使得它不僅制造工藝簡單、成本低廉，而且能夠適應(yīng)如高溫、強(qiáng)震動(dòng)等各種惡劣的工作環(huán)境，可靠性極高。在油田和煤礦等特殊工作場景下，開關(guān)磁阻電機(jī)的這一特性得到了充分體現(xiàn)，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。在節(jié)能方面，開關(guān)磁阻電機(jī)的表現(xiàn)也十分出色，其整體效率比交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)至少高3%以上，在低速運(yùn)行時(shí)，節(jié)能效果更為顯著，可提高至少10%。這一優(yōu)勢不僅有助于降低能源消耗，減少生產(chǎn)成本，還符合當(dāng)前全球倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保理念，對于推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。開關(guān)磁阻電機(jī)的調(diào)速性能同樣卓越，它能夠在低速下長期穩(wěn)定運(yùn)行，且溫升程度比額定工況時(shí)要低，有效解決了變頻調(diào)速電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的問題。同時(shí)，用戶還可以根據(jù)實(shí)際需求靈活設(shè)置最高轉(zhuǎn)速，調(diào)速范圍十分廣泛。此外，開關(guān)磁阻電機(jī)還具備軟啟動(dòng)特性，起動(dòng)電流小，僅為額定電流的30%，卻能產(chǎn)生高達(dá)額定轉(zhuǎn)矩150%的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這使得它在重載起動(dòng)和頻繁啟動(dòng)的場合中表現(xiàn)出色，能夠輕松應(yīng)對各種復(fù)雜的工作要求。然而，開關(guān)磁阻電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著一些挑戰(zhàn)，其中較為突出的問題便是噪聲問題。由于開關(guān)磁阻電機(jī)的雙凸極結(jié)構(gòu)和特殊的工作方式，其在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪聲。在運(yùn)行時(shí)，相繞組輪流導(dǎo)通，會(huì)產(chǎn)生徑向力導(dǎo)致定子變形，尤其是在換相時(shí)，這種變形更加明顯，從而產(chǎn)生較大的噪聲。而且在低速工作時(shí)，開關(guān)磁阻電機(jī)通常采用斬波控制，斬波頻率很難避開人們聽覺敏感頻段（幾百至幾千Hz），這也進(jìn)一步加劇了噪聲問題。這種噪聲問題不僅會(huì)對周圍環(huán)境造成污染，干擾人們的正常生活和工作，影響工作環(huán)境的舒適度和員工的身心健康；還可能引發(fā)周圍人員的反感甚至憤怒，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致社會(huì)公眾的不滿和抗議，對企業(yè)形象產(chǎn)生負(fù)面影響；同時(shí)，機(jī)械噪聲長期作用還會(huì)對周圍的設(shè)備和原材料產(chǎn)生沖擊和震動(dòng)，可能導(dǎo)致原材料的損壞和質(zhì)量下降，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，增加生產(chǎn)成本。因此，噪聲問題成為了限制開關(guān)磁阻電機(jī)在更廣泛領(lǐng)域應(yīng)用的主要障礙之一。為了充分發(fā)揮開關(guān)磁阻電機(jī)的優(yōu)勢，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用范圍，對其噪聲進(jìn)行深入分析并尋找有效的控制方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過研究開關(guān)磁阻電機(jī)的噪聲產(chǎn)生機(jī)理，分析噪聲的頻譜特性，從而有針對性地提出控制方法，不僅能夠降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)的噪聲，減少對環(huán)境和人體的影響，還能提高電機(jī)的性能和可靠性，推動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲問題的研究一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)，近年來在噪聲產(chǎn)生機(jī)制、分析技術(shù)和控制方法等方面均取得了顯著進(jìn)展。在噪聲產(chǎn)生機(jī)制研究方面，國內(nèi)外學(xué)者達(dá)成了一定共識(shí)。開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲主要源于電磁、機(jī)械和空氣動(dòng)力等多個(gè)因素。電磁噪聲是由于電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的徑向電磁力波作用于定子，使其產(chǎn)生振動(dòng)進(jìn)而輻射噪聲。英國謝菲爾德大學(xué)的學(xué)者深入研究發(fā)現(xiàn)，徑向電磁力的大小和頻率與電機(jī)的相電流、電感以及定轉(zhuǎn)子齒槽結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，在電機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)定轉(zhuǎn)子齒槽相對位置發(fā)生變化時(shí)，氣隙磁導(dǎo)會(huì)產(chǎn)生周期性變化，從而導(dǎo)致徑向電磁力的脈動(dòng)，這是產(chǎn)生電磁噪聲的主要原因之一。機(jī)械噪聲則主要來源于電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括軸承、轉(zhuǎn)子不平衡以及定子與機(jī)座之間的裝配松動(dòng)等。日本學(xué)者通過大量實(shí)驗(yàn)表明，軸承的質(zhì)量和潤滑狀態(tài)對機(jī)械噪聲影響顯著，當(dāng)軸承磨損或潤滑不良時(shí)，會(huì)產(chǎn)生額外的摩擦力和沖擊力，導(dǎo)致機(jī)械噪聲增大；同時(shí)，轉(zhuǎn)子的不平衡會(huì)引起周期性的離心力，使電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲?？諝鈩?dòng)力噪聲是由于電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子與空氣相互作用，引起空氣的擾動(dòng)和渦流而產(chǎn)生的。國內(nèi)相關(guān)研究指出，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇的形狀和尺寸以及通風(fēng)方式等都會(huì)對空氣動(dòng)力噪聲產(chǎn)生影響，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，空氣動(dòng)力噪聲會(huì)成為主要噪聲源之一。在噪聲分析技術(shù)方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算方法的不斷發(fā)展，有限元分析方法在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲分析中得到了廣泛應(yīng)用。通過建立電機(jī)的有限元模型，可以精確計(jì)算電機(jī)的電磁場、應(yīng)力場和振動(dòng)場，從而深入分析噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和傳播特性。德國的科研團(tuán)隊(duì)利用有限元軟件對開關(guān)磁阻電機(jī)的電磁噪聲進(jìn)行了仿真分析，通過模擬不同工況下的電磁力分布，準(zhǔn)確預(yù)測了電磁噪聲的頻率和幅值，為噪聲控制提供了重要依據(jù)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)也在不斷完善，聲強(qiáng)法、聲壓法和振動(dòng)速度法等多種測試方法被廣泛應(yīng)用于開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲的測量和分析，這些方法可以準(zhǔn)確獲取電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)載下的噪聲特性，為理論研究提供了實(shí)驗(yàn)支持。在噪聲控制方法研究方面，國內(nèi)外學(xué)者提出了眾多有效的策略。從優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)角度，通過調(diào)整定轉(zhuǎn)子齒形、極弧系數(shù)以及氣隙長度等參數(shù)，可以有效降低徑向電磁力，從而減小電磁噪聲。美國的研究人員通過優(yōu)化定轉(zhuǎn)子齒形，使電機(jī)的電磁噪聲降低了5dB(A)以上；合理設(shè)計(jì)電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，如增加定子的剛度、優(yōu)化軸承的選型和安裝方式等，也能顯著降低機(jī)械噪聲。在控制策略方面，采用智能控制算法對電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制，可以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，從而降低噪聲。模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制算法在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲控制中得到了應(yīng)用，取得了良好的效果。此外，還可以采用被動(dòng)降噪和主動(dòng)降噪技術(shù)來降低噪聲。被動(dòng)降噪技術(shù)如在電機(jī)外殼上添加隔音材料、安裝減振器等；主動(dòng)降噪技術(shù)則是通過產(chǎn)生與原噪聲大小相等、相位相反的聲波來抵消原噪聲，這些技術(shù)的應(yīng)用為開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲控制提供了新的思路和方法。1.3研究目標(biāo)與創(chuàng)新點(diǎn)本研究旨在深入剖析開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲產(chǎn)生的內(nèi)在機(jī)制，全面分析噪聲的特性，并提出切實(shí)有效的控制方法，以顯著降低電機(jī)運(yùn)行過程中的噪聲水平。具體而言，研究目標(biāo)包括：運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，精確揭示電磁、機(jī)械和空氣動(dòng)力等因素對開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲產(chǎn)生的作用機(jī)理，明確各因素之間的相互關(guān)系和影響程度；通過對開關(guān)磁阻電機(jī)在不同運(yùn)行工況下的噪聲特性進(jìn)行深入研究，建立全面準(zhǔn)確的噪聲模型，為噪聲預(yù)測和控制提供堅(jiān)實(shí)可靠的理論依據(jù)；綜合考慮電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制策略以及降噪技術(shù)等多方面因素，提出一套系統(tǒng)且高效的開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲控制方法，有效降低電機(jī)的噪聲水平，提高其聲學(xué)性能。本研究在以下方面有望實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新：在噪聲分析維度上進(jìn)行拓展，打破傳統(tǒng)單一因素分析的局限，從多物理場耦合的角度出發(fā)，綜合考慮電磁場、結(jié)構(gòu)力學(xué)和流體力學(xué)等因素的相互作用，深入探究開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲的產(chǎn)生和傳播機(jī)制，從而更全面、準(zhǔn)確地揭示噪聲問題的本質(zhì)；提出復(fù)合控制策略，將多種噪聲控制方法有機(jī)結(jié)合，如將電機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與智能控制算法相結(jié)合，通過優(yōu)化電機(jī)的定轉(zhuǎn)子齒形、氣隙長度等結(jié)構(gòu)參數(shù)，從源頭上降低噪聲的產(chǎn)生，同時(shí)運(yùn)用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制算法，對電機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行精確控制，減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，進(jìn)而降低噪聲；在降噪技術(shù)應(yīng)用方面進(jìn)行創(chuàng)新，引入新型降噪材料和結(jié)構(gòu)，探索其在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲控制中的應(yīng)用效果，如采用新型的隔音材料和減振結(jié)構(gòu)，提高電機(jī)的隔音和減振性能，為開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲控制提供新的技術(shù)途徑和方法。二、開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)特性2.1工作原理剖析開關(guān)磁阻電機(jī)作為一種基于磁阻變化原理工作的電機(jī)，其工作過程遵循“磁阻最小原理”，即磁通總是沿著磁阻最小的路徑閉合，從而產(chǎn)生磁拉力，進(jìn)而形成磁阻性質(zhì)的電磁轉(zhuǎn)矩。這一原理是開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行的核心，與傳統(tǒng)電機(jī)依靠定、轉(zhuǎn)子繞組電流所產(chǎn)生磁場的相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的方式截然不同。以常見的三相12/8極開關(guān)磁阻電機(jī)為例，其工作過程如下：定子上有12個(gè)凸極，均勻分布，每個(gè)凸極上繞有集中繞組，徑向相對的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一相，共三相；轉(zhuǎn)子上有8個(gè)凸極。當(dāng)A相繞組通電時(shí)，電機(jī)內(nèi)將建立起以該相繞組所在定子凸極為軸線的徑向磁場，磁通通過定子軛、定子極、氣隙、轉(zhuǎn)子極、轉(zhuǎn)子軛等處閉合。此時(shí)，若轉(zhuǎn)子凸極與A相定子凸極的中心線未對準(zhǔn)，磁路的磁阻較大，根據(jù)“磁阻最小原理”，轉(zhuǎn)子將受到氣隙中彎曲磁力線的切向磁拉力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩作用，使得轉(zhuǎn)子磁極的軸線向定子A相磁極軸線運(yùn)動(dòng)，直至兩者重合，此時(shí)磁阻最小，A相產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為零。為了使轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在A相磁阻達(dá)到最小之前，切斷A相電流，同時(shí)接通B相繞組電流。此時(shí)，B相建立磁場，轉(zhuǎn)子又受到B相磁場的作用，繼續(xù)向使B相磁阻最小的位置轉(zhuǎn)動(dòng)。如此按A－B－C的順序依次給各相繞組通電，電機(jī)轉(zhuǎn)子便會(huì)逆著勵(lì)磁順序以順時(shí)針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)；反之，若按C－B－A相的順序通電，則電機(jī)會(huì)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。由此可見，開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)向與相繞組的電流方向無關(guān)，只取決于相繞組通電的順序。從轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生機(jī)制來看，開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由磁阻變化產(chǎn)生的。當(dāng)定子繞組通電時(shí)，氣隙磁場發(fā)生變化，由于轉(zhuǎn)子磁阻的不均勻性，在磁場作用下，轉(zhuǎn)子受到電磁力的作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。設(shè)電機(jī)的磁共能為W'，轉(zhuǎn)子位置角為\theta，則電磁轉(zhuǎn)矩T可表示為T=\frac{\partialW'}{\partial\theta}。在電機(jī)運(yùn)行過程中，隨著轉(zhuǎn)子位置的變化，磁共能W'也會(huì)發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極逐漸靠近定子凸極時(shí)，磁阻逐漸減小，磁共能W'逐漸增大，根據(jù)上述公式，電磁轉(zhuǎn)矩為正值，轉(zhuǎn)子受到正向轉(zhuǎn)矩的作用而加速轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極與定子凸極重合時(shí)，磁阻達(dá)到最小，磁共能W'達(dá)到最大值，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩為零；當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸遠(yuǎn)離定子凸極時(shí)，磁阻逐漸增大，磁共能W'逐漸減小，電磁轉(zhuǎn)矩變?yōu)樨?fù)值，此時(shí)若不及時(shí)切換相繞組通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子將受到反向轉(zhuǎn)矩的作用而減速。因此，通過合理控制各相繞組的通電順序和時(shí)間，可以保證電機(jī)持續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。2.2結(jié)構(gòu)組成與特點(diǎn)開關(guān)磁阻電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分構(gòu)成，定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成，這種加工工藝可盡可能地減小電機(jī)的渦流及磁滯損耗。其轉(zhuǎn)子上既無繞組也無永磁體，更沒有換向器、滑環(huán)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而定子極上繞有集中繞組，徑向相對的兩個(gè)繞組串聯(lián)構(gòu)成一相，整體結(jié)構(gòu)較為簡單。定子作為電機(jī)的靜止部分，主要由定子鐵芯和定子繞組組成。定子鐵芯通常由硅鋼片疊壓而成，其作用是為電機(jī)的磁場提供低磁阻的通路，從而減少磁滯和渦流損耗。硅鋼片的疊壓結(jié)構(gòu)可以有效地限制渦流的產(chǎn)生，提高電機(jī)的效率。在定子鐵芯上，均勻分布著多個(gè)凸極，這些凸極的形狀和尺寸對電機(jī)的性能有著重要影響。例如，凸極的極弧系數(shù)會(huì)影響電機(jī)的氣隙磁導(dǎo)和電磁轉(zhuǎn)矩，合理設(shè)計(jì)極弧系數(shù)可以提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩密度和效率。定子繞組則繞制在定子凸極上，用于產(chǎn)生磁場。繞組的匝數(shù)、線徑以及繞制方式等參數(shù)都會(huì)影響電機(jī)的電氣性能。采用較多的匝數(shù)可以提高繞組的電感，增強(qiáng)磁場強(qiáng)度，但也會(huì)增加繞組的電阻，導(dǎo)致銅耗增加；而合適的線徑選擇則可以在保證電流承載能力的前提下，優(yōu)化繞組的電阻和散熱性能。轉(zhuǎn)子作為電機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子軸組成。轉(zhuǎn)子鐵芯同樣由硅鋼片疊壓而成，其凸極結(jié)構(gòu)與定子凸極相互配合，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，通過磁阻的變化產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子軸則用于連接負(fù)載，傳遞轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)負(fù)載旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要考慮機(jī)械強(qiáng)度和動(dòng)平衡等因素，以確保電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性。若轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡不佳，在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的離心力，導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)和噪聲增大，甚至可能損壞電機(jī)的軸承和其他部件。開關(guān)磁阻電機(jī)可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)成不同的相數(shù)，常見的有單相、兩相、三相、四相及多相磁阻電機(jī)。然而，低于三相的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)一般沒有自啟動(dòng)能力。電機(jī)的相數(shù)越多，步距角就越小，這有利于減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，使電機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。在一些對轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性要求較高的精密設(shè)備中，多相開關(guān)磁阻電機(jī)能夠提供更平滑的轉(zhuǎn)速輸出，減少因轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)引起的設(shè)備振動(dòng)和誤差。但相數(shù)增多也意味著需要更多的開關(guān)器件和更復(fù)雜的控制電路，這會(huì)增加電機(jī)的成本和控制系統(tǒng)的復(fù)雜度。在工業(yè)應(yīng)用中，三相和四相開關(guān)磁阻電機(jī)最為常用，它們在成本、性能和控制復(fù)雜度之間取得了較好的平衡。定、轉(zhuǎn)子的極數(shù)也存在多種不同的搭配方式。以三相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)為例，常見的有6/4結(jié)構(gòu)和12/8結(jié)構(gòu)；四相開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)則多采用8/6結(jié)構(gòu)。不同的極數(shù)搭配會(huì)對電機(jī)的性能產(chǎn)生顯著影響。三相6/4極開關(guān)磁阻電機(jī)的結(jié)構(gòu)相對簡單，成本較低，但轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)相對較大；而三相12/8極開關(guān)磁阻電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較小，運(yùn)行更加平穩(wěn)，但由于極數(shù)的增加，電機(jī)的制造工藝和控制難度也相應(yīng)提高。在選擇定、轉(zhuǎn)子極數(shù)搭配時(shí)，需要綜合考慮電機(jī)的應(yīng)用場景、性能要求以及成本等因素。在一些對成本敏感且對轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)要求不高的場合，如小型風(fēng)扇、水泵等，可選擇結(jié)構(gòu)簡單、成本低的三相6/4極開關(guān)磁阻電機(jī)；而在對運(yùn)行平穩(wěn)性要求較高的場合，如電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)、工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)等，則更適合采用轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小的三相12/8極或四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)。三、噪聲產(chǎn)生根源深度分析3.1電磁噪聲3.1.1徑向電磁力與切向電磁力作用開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行時(shí)，定、轉(zhuǎn)子之間存在著復(fù)雜的磁場分布，這是產(chǎn)生電磁力的根源。當(dāng)定子繞組通電后，會(huì)在電機(jī)內(nèi)部建立起磁場，磁場的磁力線穿過定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙，形成閉合回路。由于定、轉(zhuǎn)子的凸極結(jié)構(gòu)，氣隙磁導(dǎo)會(huì)隨著轉(zhuǎn)子位置的變化而發(fā)生周期性改變，從而導(dǎo)致氣隙磁場產(chǎn)生脈動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電磁力。電磁力可分解為徑向電磁力和切向電磁力，它們在電機(jī)運(yùn)行中發(fā)揮著不同的作用。徑向電磁力是指作用在定子內(nèi)徑方向上的力，它的方向始終指向定子的中心。當(dāng)徑向電磁力作用于定子時(shí)，會(huì)使定子產(chǎn)生徑向的變形和振動(dòng)。在某一時(shí)刻，A相繞組通電，定、轉(zhuǎn)子齒之間的徑向電磁力會(huì)使定子齒產(chǎn)生向外的變形；當(dāng)B相繞組通電時(shí)，定子齒又會(huì)受到不同方向的徑向電磁力作用，這種周期性的徑向電磁力變化會(huì)導(dǎo)致定子產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。當(dāng)徑向電磁力的頻率與定子的固有頻率接近時(shí)，會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象，使定子的振動(dòng)幅度急劇增大，進(jìn)而輻射出強(qiáng)烈的電磁噪聲。這種噪聲通常具有較高的強(qiáng)度和尖銳的頻率特性，對周圍環(huán)境和設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較大的干擾。切向電磁力則是沿著定子圓周切線方向的力，它的主要作用是為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)提供電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。在電機(jī)運(yùn)行過程中，切向電磁力的大小和方向會(huì)隨著轉(zhuǎn)子位置和電流的變化而改變，這種變化會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生脈動(dòng)。當(dāng)切向電磁力的脈動(dòng)頻率與電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)固有頻率相匹配時(shí)，也會(huì)引發(fā)機(jī)械共振，產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。當(dāng)電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)，切向電磁力的脈動(dòng)可能會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生明顯的抖動(dòng)和噪聲，影響電機(jī)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。從數(shù)學(xué)角度來看，徑向電磁力和切向電磁力與電機(jī)的電流、電感以及氣隙磁導(dǎo)等參數(shù)密切相關(guān)。根據(jù)麥克斯韋應(yīng)力張量法，電磁力密度f可以表示為：f=\frac{1}{2\mu_0}n\times(B\cdotn)B，其中\(zhòng)mu_0為真空磁導(dǎo)率，n為氣隙表面的法向單位矢量，B為氣隙磁密。通過對電磁力密度在氣隙表面進(jìn)行積分，可以得到徑向電磁力和切向電磁力的表達(dá)式。在實(shí)際計(jì)算中，考慮到電機(jī)的非線性特性，如磁路飽和等因素，需要采用數(shù)值計(jì)算方法，如有限元分析等，來準(zhǔn)確求解電磁力的大小和分布。通過有限元軟件對開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行仿真分析，可以得到不同工況下徑向電磁力和切向電磁力的分布云圖，直觀地展示電磁力的作用情況。3.1.2磁阻變化與磁路飽和影響開關(guān)磁阻電機(jī)的磁阻變化是其工作的核心原理之一，也是產(chǎn)生電磁噪聲的重要因素。在電機(jī)運(yùn)行過程中，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子齒之間的相對位置不斷發(fā)生變化，導(dǎo)致磁路的磁阻呈現(xiàn)周期性變化。當(dāng)定、轉(zhuǎn)子齒對齊時(shí)，磁路磁阻最小，氣隙磁導(dǎo)最大，此時(shí)繞組電感最大；當(dāng)定、轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開時(shí)，磁路磁阻最大，氣隙磁導(dǎo)最小，繞組電感最小。這種磁阻的周期性變化會(huì)導(dǎo)致繞組電流和電磁力的脈動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生電磁噪聲。磁阻變化對電磁噪聲的影響主要體現(xiàn)在噪聲的頻率和幅值上。根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行工況，磁阻變化的頻率與電機(jī)的轉(zhuǎn)速和極數(shù)有關(guān)。對于三相12/8極開關(guān)磁阻電機(jī)，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為n時(shí)，磁阻變化的頻率f_{r}為：f_{r}=\frac{4n}{60}，其中4為轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周磁阻變化的次數(shù)。這種頻率的磁阻變化會(huì)引起電磁力的同頻脈動(dòng)，從而產(chǎn)生相應(yīng)頻率的電磁噪聲。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)，磁阻變化頻率為100Hz，會(huì)在電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生100Hz左右的電磁噪聲分量。磁阻變化的幅值也會(huì)影響電磁噪聲的大小，磁阻變化幅值越大，電磁力的脈動(dòng)幅值也越大，產(chǎn)生的電磁噪聲也就越強(qiáng)。磁路飽和是開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行中另一個(gè)重要的現(xiàn)象，它對電磁噪聲的產(chǎn)生和特性有著顯著的影響。當(dāng)電機(jī)的勵(lì)磁電流增大到一定程度時(shí)，磁路中的磁性材料會(huì)進(jìn)入飽和狀態(tài)，此時(shí)磁導(dǎo)率下降，磁阻增大。磁路飽和會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的電感特性發(fā)生變化，使繞組電流和電磁力的波形發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生高次諧波分量，增加電磁噪聲的頻率成分和幅值。在磁路飽和情況下，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也會(huì)受到影響，導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大，進(jìn)一步加劇了噪聲和振動(dòng)。從磁滯回線的角度來看，磁路飽和時(shí)，磁滯回線會(huì)變得更加扁平，磁導(dǎo)率的非線性變化更加明顯，這使得電磁力的計(jì)算變得更加復(fù)雜。通過實(shí)驗(yàn)測量和仿真分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行在磁路飽和狀態(tài)時(shí)，電磁噪聲中會(huì)出現(xiàn)豐富的高次諧波，這些諧波的頻率通常是基波頻率的整數(shù)倍，且幅值隨著飽和程度的增加而增大。當(dāng)磁路飽和程度達(dá)到一定程度時(shí)，電磁噪聲中可能會(huì)出現(xiàn)明顯的2倍頻、3倍頻等高次諧波分量，這些諧波會(huì)使噪聲的頻率特性更加復(fù)雜，對周圍環(huán)境和設(shè)備的影響也更大。3.2機(jī)械噪聲3.2.1軸承相關(guān)噪聲因素軸承作為開關(guān)磁阻電機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量、潤滑條件以及安裝精度等因素對機(jī)械噪聲的產(chǎn)生有著顯著影響。軸承質(zhì)量是決定其運(yùn)行穩(wěn)定性和噪聲水平的重要因素之一。優(yōu)質(zhì)的軸承在制造工藝上更為精細(xì)，其滾道和滾動(dòng)體的表面粗糙度更低，幾何精度更高，能夠有效減少滾動(dòng)體與滾道之間的摩擦和沖擊。高精度的軸承可以保證滾動(dòng)體在滾道內(nèi)平穩(wěn)滾動(dòng)，避免出現(xiàn)卡頓或跳動(dòng)現(xiàn)象，從而降低因摩擦和沖擊產(chǎn)生的噪聲。相反，質(zhì)量較差的軸承，其滾道和滾動(dòng)體可能存在表面缺陷，如劃傷、凹坑等，這些缺陷會(huì)導(dǎo)致滾動(dòng)體在滾動(dòng)過程中產(chǎn)生額外的沖擊力，引發(fā)高頻噪聲。當(dāng)軸承的滾道表面存在微小劃傷時(shí)，滾動(dòng)體經(jīng)過劃傷部位時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間的沖擊力，從而輻射出高頻噪聲，這種噪聲通常具有尖銳的頻率特性，容易被人耳察覺。潤滑條件對軸承噪聲的影響也不容忽視。良好的潤滑可以在滾動(dòng)體與滾道之間形成一層均勻的潤滑油膜，有效降低摩擦系數(shù)，減少磨損和熱量的產(chǎn)生，同時(shí)還能起到緩沖和減振的作用，降低噪聲。合適的潤滑油黏度能夠保證在不同工況下都能形成穩(wěn)定的油膜。在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需要使用低黏度的潤滑油，以減少因油膜剪切力過大而產(chǎn)生的能量損耗和噪聲；在低速重載工況下，則需要高黏度的潤滑油，以確保油膜的承載能力。當(dāng)潤滑不良時(shí)，如潤滑油量不足或潤滑油變質(zhì)，滾動(dòng)體與滾道之間會(huì)直接接觸，產(chǎn)生干摩擦，導(dǎo)致噪聲急劇增大。若潤滑油量不足，滾動(dòng)體與滾道之間的部分區(qū)域無法形成完整的油膜，金屬表面直接接觸，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦噪聲，同時(shí)還會(huì)加速軸承的磨損，縮短其使用壽命。軸承的安裝精度同樣是影響機(jī)械噪聲的關(guān)鍵因素。正確的安裝能夠確保軸承在電機(jī)軸和端蓋之間的位置準(zhǔn)確，受力均勻，避免因安裝不當(dāng)而產(chǎn)生的附加應(yīng)力和變形。在安裝過程中，若軸承與軸或端蓋的配合過松，會(huì)導(dǎo)致軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)徑向或軸向的竄動(dòng)，產(chǎn)生不穩(wěn)定的振動(dòng)和噪聲；若配合過緊，則可能使軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，影響滾動(dòng)體的正常滾動(dòng)，同樣會(huì)增大噪聲。安裝時(shí)的垂直度和同心度也至關(guān)重要。若軸承安裝不垂直，會(huì)使?jié)L動(dòng)體受力不均，導(dǎo)致局部磨損加劇，產(chǎn)生噪聲；若同心度偏差過大，會(huì)使電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生偏心，引發(fā)周期性的不平衡力，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。當(dāng)軸承與軸的配合過松時(shí)，在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，軸承會(huì)在軸上發(fā)生微小的位移，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的中心位置發(fā)生偏移，從而產(chǎn)生不平衡力，引起振動(dòng)和噪聲。3.2.2轉(zhuǎn)子不平衡與共振問題轉(zhuǎn)子不平衡是導(dǎo)致開關(guān)磁阻電機(jī)機(jī)械噪聲增大的常見原因之一。在電機(jī)制造過程中，由于材料的不均勻性、加工誤差以及裝配不當(dāng)?shù)纫蛩?，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布往往無法達(dá)到完全均勻，這就導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生不平衡離心力。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，不平衡質(zhì)量會(huì)圍繞旋轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生離心力，其大小與不平衡質(zhì)量、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的平方成正比，方向始終指向不平衡質(zhì)量的一側(cè)。設(shè)不平衡質(zhì)量為m，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)半徑為r，角速度為\omega，則不平衡離心力F的表達(dá)式為F=mr\omega^2。這種不平衡離心力會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)，進(jìn)而輻射出噪聲。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的升高，不平衡離心力會(huì)急劇增大，振動(dòng)和噪聲也會(huì)隨之加劇。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，振動(dòng)和噪聲可能會(huì)達(dá)到難以接受的程度，不僅會(huì)影響電機(jī)的正常運(yùn)行，還可能對周圍設(shè)備和環(huán)境造成損害。在高速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)中，即使是微小的不平衡質(zhì)量，也可能產(chǎn)生較大的不平衡離心力，導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)劇烈，噪聲刺耳。轉(zhuǎn)子不平衡還可能引發(fā)電機(jī)的其他故障，如軸承磨損加劇、軸的疲勞損壞等，嚴(yán)重影響電機(jī)的使用壽命。共振現(xiàn)象是指當(dāng)電機(jī)的激勵(lì)頻率與機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率接近或相等時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致噪聲急劇增大。在開關(guān)磁阻電機(jī)中，共振現(xiàn)象主要發(fā)生在定子和轉(zhuǎn)子等部件上。當(dāng)徑向電磁力的頻率或轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)頻率與定子的固有頻率相匹配時(shí)，定子會(huì)發(fā)生共振，其振動(dòng)幅度會(huì)顯著增大，從而輻射出強(qiáng)烈的噪聲。共振還可能導(dǎo)致電機(jī)部件的疲勞損壞，降低電機(jī)的可靠性和使用壽命。為了避免共振現(xiàn)象的發(fā)生，需要對電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)整部件的固有頻率，使其避開激勵(lì)頻率。通過改變定子的結(jié)構(gòu)尺寸、材料特性或增加阻尼等方式，可以調(diào)整定子的固有頻率。采用更厚的定子鐵芯或增加定子的筋板數(shù)量，可以提高定子的剛度，從而提高其固有頻率；在定子表面添加阻尼材料，如橡膠、瀝青等，可以增加結(jié)構(gòu)的阻尼，抑制共振時(shí)的振動(dòng)幅度。還可以通過控制電機(jī)的運(yùn)行工況，避免激勵(lì)頻率與固有頻率的重合。合理選擇電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍，避免在共振轉(zhuǎn)速附近運(yùn)行。3.3空氣動(dòng)力噪聲3.3.1冷卻風(fēng)扇與通風(fēng)道設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)冷卻風(fēng)扇和通風(fēng)道是開關(guān)磁阻電機(jī)空氣動(dòng)力噪聲產(chǎn)生的重要關(guān)聯(lián)因素，它們的設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特性對空氣動(dòng)力噪聲的大小和特性有著顯著影響。冷卻風(fēng)扇作為電機(jī)通風(fēng)散熱系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其葉片的形狀、數(shù)量、角度以及風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速等參數(shù)都會(huì)直接影響空氣動(dòng)力噪聲的產(chǎn)生。從葉片形狀來看，常見的葉片形狀有直葉片、后彎葉片和前彎葉片等。直葉片風(fēng)扇結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲相對較大；后彎葉片風(fēng)扇能夠使氣流更加平穩(wěn)地離開葉片，降低氣流的紊流程度，從而減小噪聲；前彎葉片風(fēng)扇雖然能夠提高風(fēng)扇的壓力系數(shù)，但會(huì)使氣流在葉片出口處產(chǎn)生較大的速度脈動(dòng)，增加噪聲。研究表明，采用后彎葉片的冷卻風(fēng)扇，相比直葉片風(fēng)扇，可使空氣動(dòng)力噪聲降低3-5dB(A)。葉片數(shù)量的多少也會(huì)對噪聲產(chǎn)生影響。一般來說，葉片數(shù)量增加，風(fēng)扇的壓力和效率會(huì)有所提高，但同時(shí)葉片之間的相互干擾也會(huì)增強(qiáng)，導(dǎo)致噪聲增大。當(dāng)葉片數(shù)量過多時(shí)，氣流在葉片之間的流動(dòng)會(huì)變得更加復(fù)雜，容易產(chǎn)生渦流和紊流，從而增加噪聲。因此，在設(shè)計(jì)冷卻風(fēng)扇時(shí)，需要綜合考慮風(fēng)扇的性能和噪聲要求，合理選擇葉片數(shù)量。葉片角度同樣是影響空氣動(dòng)力噪聲的重要因素。合適的葉片角度能夠使氣流在葉片表面均勻流動(dòng)，減少氣流的分離和漩渦的產(chǎn)生，從而降低噪聲。如果葉片角度設(shè)計(jì)不合理，氣流在葉片表面會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的分離現(xiàn)象，產(chǎn)生大量的漩渦，導(dǎo)致噪聲急劇增大。通過實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，當(dāng)葉片角度在一定范圍內(nèi)調(diào)整時(shí)，空氣動(dòng)力噪聲會(huì)呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢，存在一個(gè)最佳的葉片角度，可使噪聲達(dá)到最小值。通風(fēng)道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對空氣動(dòng)力噪聲的影響也不容忽視。通風(fēng)道的形狀、尺寸以及內(nèi)部的光滑程度等都會(huì)影響氣流的流動(dòng)特性，進(jìn)而影響噪聲的產(chǎn)生。通風(fēng)道的形狀應(yīng)盡量避免出現(xiàn)急劇的轉(zhuǎn)彎和收縮，以減少氣流的阻力和紊流的產(chǎn)生。若通風(fēng)道存在急轉(zhuǎn)彎，氣流在轉(zhuǎn)彎處會(huì)受到強(qiáng)烈的擠壓和沖擊，導(dǎo)致速度和壓力分布不均勻，產(chǎn)生大量的漩渦和紊流，從而增大噪聲。研究表明，采用圓滑過渡的通風(fēng)道設(shè)計(jì)，可使氣流的紊流程度降低20%-30%，有效減小空氣動(dòng)力噪聲。通風(fēng)道的尺寸也需要合理設(shè)計(jì)。如果通風(fēng)道尺寸過小，會(huì)導(dǎo)致氣流速度過高，增加氣流的摩擦和紊流，從而增大噪聲；而通風(fēng)道尺寸過大，則會(huì)使電機(jī)的結(jié)構(gòu)變得龐大，增加成本。通風(fēng)道的長度也會(huì)對噪聲產(chǎn)生影響，過長的通風(fēng)道會(huì)增加氣流的阻力，導(dǎo)致氣流壓力損失增大，同時(shí)也會(huì)增加噪聲的傳播路徑，使噪聲更容易輻射出去。通風(fēng)道內(nèi)部的光滑程度對噪聲的影響同樣顯著。光滑的通風(fēng)道表面能夠減少氣流與壁面之間的摩擦，降低氣流的能量損失，從而減小噪聲。若通風(fēng)道內(nèi)部存在凸起、毛刺等缺陷，會(huì)使氣流在流動(dòng)過程中產(chǎn)生局部的漩渦和紊流，增加噪聲。在通風(fēng)道內(nèi)壁采用光滑的涂層材料，可使空氣動(dòng)力噪聲降低1-2dB(A)。3.3.2氣流湍流與壓力脈動(dòng)影響在開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行過程中，氣流的湍流和壓力脈動(dòng)是產(chǎn)生空氣動(dòng)力噪聲的重要因素，它們相互作用，共同影響著噪聲的特性和大小。氣流湍流是指氣流在流動(dòng)過程中呈現(xiàn)出的不規(guī)則、紊亂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在電機(jī)內(nèi)部，由于冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)、通風(fēng)道的結(jié)構(gòu)以及電機(jī)部件的阻擋等因素，氣流很容易產(chǎn)生湍流。湍流的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致氣流的速度和方向發(fā)生隨機(jī)變化，形成無數(shù)個(gè)小漩渦，這些漩渦的相互碰撞和破裂會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲。當(dāng)氣流通過通風(fēng)道中的障礙物時(shí)，會(huì)在障礙物后方形成尾流，尾流中的氣流會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流，形成一系列的漩渦，這些漩渦的脫落和破裂會(huì)產(chǎn)生高頻的噪聲信號，其頻率通常在1kHz以上。從能量角度來看，湍流會(huì)使氣流的能量分布變得更加分散，一部分能量以動(dòng)能的形式存在于漩渦中，當(dāng)這些漩渦破裂時(shí)，動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)化為聲能，從而輻射出噪聲。通過實(shí)驗(yàn)測量和數(shù)值模擬可以發(fā)現(xiàn)，湍流強(qiáng)度越大，產(chǎn)生的噪聲幅值也越大，噪聲的頻率范圍也越寬。當(dāng)湍流強(qiáng)度增加一倍時(shí)，空氣動(dòng)力噪聲的幅值可能會(huì)增加3-5dB(A)，同時(shí)噪聲的高頻成分也會(huì)顯著增加。壓力脈動(dòng)是指氣流在流動(dòng)過程中壓力的周期性或非周期性變化。在開關(guān)磁阻電機(jī)中，壓力脈動(dòng)主要由冷卻風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)、氣流與電機(jī)部件的相互作用以及通風(fēng)道內(nèi)的流動(dòng)不均勻等因素引起。冷卻風(fēng)扇在旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片會(huì)對氣流產(chǎn)生周期性的作用力，導(dǎo)致氣流壓力產(chǎn)生脈動(dòng)。當(dāng)通風(fēng)道內(nèi)存在局部的收縮或擴(kuò)張時(shí)，氣流的流速會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)伯努利原理，流速的變化會(huì)引起壓力的變化，從而產(chǎn)生壓力脈動(dòng)。壓力脈動(dòng)會(huì)引起電機(jī)部件的振動(dòng)，進(jìn)而輻射出噪聲。當(dāng)壓力脈動(dòng)的頻率與電機(jī)部件的固有頻率接近時(shí)，會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象，使部件的振動(dòng)幅度急劇增大，噪聲也會(huì)隨之顯著增強(qiáng)。在某一特定工況下，壓力脈動(dòng)的頻率與電機(jī)端蓋的固有頻率相近，導(dǎo)致端蓋發(fā)生共振，噪聲幅值增加了10dB(A)以上，嚴(yán)重影響了電機(jī)的聲學(xué)性能。壓力脈動(dòng)還會(huì)與氣流湍流相互作用，進(jìn)一步加劇噪聲的產(chǎn)生。壓力脈動(dòng)會(huì)使氣流的湍流強(qiáng)度增加，而湍流又會(huì)導(dǎo)致壓力脈動(dòng)更加復(fù)雜和劇烈，形成一個(gè)惡性循環(huán)。在通風(fēng)道內(nèi)，壓力脈動(dòng)會(huì)使氣流的速度分布更加不均勻，從而增強(qiáng)湍流的產(chǎn)生；而湍流又會(huì)使壓力脈動(dòng)的頻率和幅值發(fā)生變化，增加噪聲的復(fù)雜性和強(qiáng)度。四、噪聲分析方法與技術(shù)4.1理論分析模型4.1.1電磁噪聲數(shù)學(xué)模型建立基于電磁學(xué)原理，開關(guān)磁阻電機(jī)的電磁噪聲主要源于徑向電磁力作用下定子的振動(dòng)。根據(jù)麥克斯韋應(yīng)力張量法，可推導(dǎo)出徑向電磁力密度的表達(dá)式，進(jìn)而建立電磁噪聲的數(shù)學(xué)模型。在開關(guān)磁阻電機(jī)中，氣隙磁場是產(chǎn)生電磁力的根源。當(dāng)定子繞組通電后，會(huì)在氣隙中形成磁場，氣隙磁密B可表示為：B=B_{0}+\sum_{n=1}^{\infty}B_{n}\cos(n\omega_{r}t+\varphi_{n})其中，B_{0}為氣隙磁密的直流分量，B_{n}為n次諧波磁密的幅值，\omega_{r}為轉(zhuǎn)子的電角速度，t為時(shí)間，\varphi_{n}為n次諧波的初相位。根據(jù)麥克斯韋應(yīng)力張量法，徑向電磁力密度f_{r}可表示為：f_{r}=\frac{B^{2}}{2\mu_{0}}將氣隙磁密B的表達(dá)式代入上式，可得：f_{r}=\frac{(B_{0}+\sum_{n=1}^{\infty}B_{n}\cos(n\omega_{r}t+\varphi_{n}))^{2}}{2\mu_{0}}展開并化簡后，可得到徑向電磁力密度的具體表達(dá)式。其中包含直流分量和各次諧波分量，各次諧波分量的頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和極數(shù)有關(guān)。在分析電磁噪聲時(shí)，通常將定子視為彈性薄殼結(jié)構(gòu)。根據(jù)彈性力學(xué)理論，定子在徑向電磁力作用下的振動(dòng)位移u滿足如下波動(dòng)方程：\rhoh\frac{\partial^{2}u}{\partialt^{2}}+D\nabla^{4}u=f_{r}其中，\rho為定子材料的密度，h為定子的厚度，D為定子的彎曲剛度，\nabla^{4}為拉普拉斯算子的四次方。通過求解上述波動(dòng)方程，可得到定子的振動(dòng)位移響應(yīng)。在求解過程中，需要考慮定子的邊界條件，如定子與機(jī)座的連接方式等。對于簡支邊界條件下的定子，可采用分離變量法進(jìn)行求解。假設(shè)振動(dòng)位移u可表示為空間函數(shù)U(x,y)和時(shí)間函數(shù)T(t)的乘積，即u=U(x,y)T(t)。將其代入波動(dòng)方程，并結(jié)合邊界條件，可得到空間函數(shù)U(x,y)的特征值問題和時(shí)間函數(shù)T(t)的振動(dòng)方程。求解空間函數(shù)的特征值問題，可得到定子的固有頻率\omega_{m,n}和振型函數(shù)\varphi_{m,n}(x,y)，其中m和n為模態(tài)階數(shù)。時(shí)間函數(shù)T(t)的振動(dòng)方程為：\ddot{T}(t)+\omega_{m,n}^{2}T(t)=\frac{f_{r,m,n}}{\rhoh}其中，f_{r,m,n}為徑向電磁力密度f_{r}在m,n模態(tài)下的投影。求解上述時(shí)間函數(shù)的振動(dòng)方程，可得到定子在m,n模態(tài)下的振動(dòng)位移響應(yīng)u_{m,n}(t)。將各模態(tài)的振動(dòng)位移響應(yīng)疊加，即可得到定子的總振動(dòng)位移響應(yīng)u(t)：u(t)=\sum_{m=1}^{\infty}\sum_{n=1}^{\infty}u_{m,n}(t)\varphi_{m,n}(x,y)當(dāng)定子振動(dòng)時(shí)，會(huì)向周圍空氣輻射噪聲。根據(jù)聲學(xué)理論，聲功率級L_{W}與振動(dòng)位移u的關(guān)系可表示為：L_{W}=10\lg\left(\frac{\rho_{0}c_{0}S\omega^{4}\vertu\vert^{2}}{W_{0}}\right)其中，\rho_{0}為空氣的密度，c_{0}為空氣中的聲速，S為定子的表面積，\omega為振動(dòng)的角頻率，\vertu\vert為振動(dòng)位移的幅值，W_{0}為參考聲功率，通常取W_{0}=1\times10^{-12}W。將定子的振動(dòng)位移響應(yīng)u(t)代入上式，即可得到開關(guān)磁阻電機(jī)的電磁噪聲聲功率級。通過對電磁噪聲數(shù)學(xué)模型的分析，可以深入了解電磁噪聲的產(chǎn)生機(jī)理和特性，為噪聲控制提供理論依據(jù)。可以分析不同運(yùn)行工況下，如不同轉(zhuǎn)速、負(fù)載和電流等條件下，電磁噪聲的變化規(guī)律；還可以研究電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，如定轉(zhuǎn)子齒形、極弧系數(shù)和氣隙長度等對電磁噪聲的影響，從而為電機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。4.1.2機(jī)械噪聲計(jì)算模型構(gòu)建機(jī)械噪聲主要源于電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，包括軸承、轉(zhuǎn)子不平衡以及定子與機(jī)座之間的裝配松動(dòng)等因素。構(gòu)建機(jī)械噪聲計(jì)算模型需要綜合考慮這些因素的影響，基于機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行建模。對于軸承噪聲，可將軸承簡化為一個(gè)由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成的系統(tǒng)?？紤]到滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈滾道之間的接觸力以及保持架與滾動(dòng)體之間的摩擦力，建立軸承的動(dòng)力學(xué)方程。以單排深溝球軸承為例，假設(shè)滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈滾道之間的接觸為點(diǎn)接觸，根據(jù)赫茲接觸理論，接觸力F_{i}與接觸變形\delta_{i}的關(guān)系為：F_{i}=k_{i}\delta_{i}^{3/2}其中，k_{i}為接觸剛度，與軸承的幾何尺寸和材料特性有關(guān)。根據(jù)牛頓第二定律，可建立軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程：m_{i}\ddot{x}_{i}=F_{i}-c_{i}\dot{x}_{i}-k_{i}x_{i}其中，m_{i}為第i個(gè)滾動(dòng)體的質(zhì)量，x_{i}為其位移，c_{i}為阻尼系數(shù)。通過求解上述動(dòng)力學(xué)方程，可得到滾動(dòng)體的振動(dòng)響應(yīng)，進(jìn)而計(jì)算出軸承的噪聲。軸承噪聲主要以振動(dòng)的形式通過軸承座和電機(jī)外殼向外傳播，可采用聲學(xué)邊界元法或有限元法計(jì)算其輻射噪聲。轉(zhuǎn)子不平衡會(huì)引起周期性的離心力，導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。假設(shè)轉(zhuǎn)子存在質(zhì)量偏心，偏心質(zhì)量為m_{e}，偏心距為e，轉(zhuǎn)子的角速度為\omega，則離心力F_{e}為：F_{e}=m_{e}e\omega^{2}該離心力作用在轉(zhuǎn)子上，會(huì)使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動(dòng)。將轉(zhuǎn)子視為一個(gè)彈性梁，根據(jù)梁的振動(dòng)理論，建立轉(zhuǎn)子的振動(dòng)方程：EI\frac{\partial^{4}y}{\partialx^{4}}+\rhoA\frac{\partial^{2}y}{\partialt^{2}}=F_{e}\cos(\omegat)其中，EI為轉(zhuǎn)子的抗彎剛度，\rho為轉(zhuǎn)子材料的密度，A為轉(zhuǎn)子的橫截面積，y為轉(zhuǎn)子的振動(dòng)位移，x為沿轉(zhuǎn)子軸向的坐標(biāo)。通過求解上述振動(dòng)方程，可得到轉(zhuǎn)子的振動(dòng)響應(yīng)。轉(zhuǎn)子的振動(dòng)會(huì)通過軸承傳遞到定子和機(jī)座，引起它們的振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生噪聲。同樣可采用聲學(xué)方法計(jì)算其輻射噪聲。定子與機(jī)座之間的裝配松動(dòng)也會(huì)導(dǎo)致機(jī)械噪聲的產(chǎn)生。當(dāng)裝配存在松動(dòng)時(shí)，定子與機(jī)座之間會(huì)產(chǎn)生相對位移和沖擊力，從而引發(fā)振動(dòng)和噪聲。將定子與機(jī)座之間的連接簡化為一個(gè)彈簧-阻尼系統(tǒng)，建立其動(dòng)力學(xué)模型：m_{s}\ddot{x}_{s}+c_{s}\dot{x}_{s}+k_{s}x_{s}=F_{l}其中，m_{s}為定子的質(zhì)量，x_{s}為定子與機(jī)座之間的相對位移，c_{s}為阻尼系數(shù)，k_{s}為連接彈簧的剛度，F(xiàn)_{l}為由于裝配松動(dòng)產(chǎn)生的沖擊力。通過求解上述動(dòng)力學(xué)方程，可得到定子與機(jī)座之間的相對振動(dòng)響應(yīng)，進(jìn)而計(jì)算出由于裝配松動(dòng)引起的機(jī)械噪聲。在實(shí)際計(jì)算中，可通過實(shí)驗(yàn)測量或有限元分析等方法獲取模型中的參數(shù)，提高計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。4.2實(shí)驗(yàn)測試技術(shù)4.2.1聲壓法與聲強(qiáng)法應(yīng)用聲壓法是噪聲測試中最為常用的方法之一，其測試原理基于聲音的基本物理特性。聲音是一種壓力波，當(dāng)聲波傳播到空間中的某一點(diǎn)時(shí)，會(huì)引起該點(diǎn)空氣壓力的變化，這種壓力變化相對于無聲波時(shí)的靜態(tài)壓力的差值即為聲壓。聲壓法通過測量傳聲器所在位置的聲壓來表征噪聲的大小。在實(shí)際操作中，通常會(huì)在距離電機(jī)一定距離的多個(gè)測點(diǎn)布置傳聲器，這些測點(diǎn)應(yīng)均勻分布在電機(jī)周圍，以全面獲取電機(jī)輻射的噪聲信息。常見的測點(diǎn)布置方式有半球面法和矩形六面體法。在半球面法中，以電機(jī)的幾何中心為球心，在半球面上均勻選取若干個(gè)測點(diǎn)；矩形六面體法則是在電機(jī)周圍構(gòu)建一個(gè)矩形六面體，在其六個(gè)面上均勻布置測點(diǎn)。通過傳聲器采集到的聲壓信號，經(jīng)放大器放大后，輸入到分析儀器中進(jìn)行處理。分析儀器可以對聲壓信號進(jìn)行時(shí)域分析，得到聲壓隨時(shí)間的變化曲線，從而了解噪聲的瞬時(shí)特性；也可以進(jìn)行頻域分析，通過傅里葉變換將時(shí)域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，得到噪聲的頻譜圖，分析噪聲的頻率成分和各頻率分量的幅值大小。聲壓法的優(yōu)點(diǎn)在于操作相對簡便，測試設(shè)備成本較低，對測試環(huán)境的要求相對不高，在一般的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境和工業(yè)現(xiàn)場都能進(jìn)行測試。然而，聲壓法也存在一些局限性，它容易受到背景噪聲的干擾，當(dāng)背景噪聲較大時(shí)，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到嚴(yán)重影響。如果在一個(gè)存在較大環(huán)境噪聲的車間內(nèi)使用聲壓法測量開關(guān)磁阻電機(jī)的噪聲，環(huán)境噪聲會(huì)疊加到電機(jī)噪聲信號上，使得測量得到的聲壓級不能真實(shí)反映電機(jī)的實(shí)際噪聲水平。此外，聲壓法只能測量傳聲器所在位置的聲壓，無法直接得到噪聲源的聲功率，在需要獲取聲功率信息時(shí)，需要通過復(fù)雜的計(jì)算和修正才能得到。聲強(qiáng)法是一種基于聲能量流測量的噪聲測試方法，其原理基于聲強(qiáng)的定義。聲強(qiáng)是指單位時(shí)間內(nèi)通過與聲波傳播方向垂直的單位面積的聲能量，它是一個(gè)矢量，既有大小又有方向。聲強(qiáng)法通過測量聲強(qiáng)來確定噪聲源的聲功率和傳播特性。在實(shí)際測量中，通常采用雙傳聲器聲強(qiáng)探頭來測量聲強(qiáng)。雙傳聲器聲強(qiáng)探頭由兩個(gè)相距一定距離的傳聲器組成，通過測量兩個(gè)傳聲器之間的聲壓梯度和平均聲壓，利用聲強(qiáng)與聲壓梯度和平均聲壓的關(guān)系，計(jì)算出聲強(qiáng)。聲強(qiáng)法的操作過程相對復(fù)雜，需要對測量儀器進(jìn)行精確校準(zhǔn)，以確保測量的準(zhǔn)確性。在測量前，要對聲強(qiáng)探頭的靈敏度、相位一致性等參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，保證兩個(gè)傳聲器的性能一致。測量時(shí)，需將聲強(qiáng)探頭的測量面與聲波傳播方向垂直，并使探頭的中心軸線對準(zhǔn)噪聲源。通過移動(dòng)聲強(qiáng)探頭，在不同位置進(jìn)行測量，可以得到噪聲源周圍聲強(qiáng)的分布情況。將聲強(qiáng)在包圍噪聲源的封閉曲面上進(jìn)行積分，即可得到噪聲源的聲功率。聲強(qiáng)法的優(yōu)點(diǎn)十分顯著，它具有良好的抗背景噪聲能力，能夠有效區(qū)分噪聲源和背景噪聲，即使在背景噪聲較大的環(huán)境中，也能準(zhǔn)確測量噪聲源的聲功率。聲強(qiáng)法還可以直接測量噪聲源的聲功率，無需像聲壓法那樣進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算和修正，測量結(jié)果更能反映噪聲源的真實(shí)特性。此外，通過測量聲強(qiáng)的方向，可以確定噪聲的傳播路徑和輻射方向，為噪聲控制提供更有針對性的信息。然而，聲強(qiáng)法也存在一些缺點(diǎn)，其測試設(shè)備價(jià)格昂貴，對操作人員的技術(shù)要求較高，測量過程相對繁瑣，需要耗費(fèi)較多的時(shí)間和精力。4.2.2振動(dòng)測試技術(shù)與分析振動(dòng)測試技術(shù)在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲分析中具有重要應(yīng)用，它能夠深入揭示電機(jī)內(nèi)部的機(jī)械狀態(tài)和振動(dòng)特性，為噪聲源的識(shí)別和噪聲控制提供關(guān)鍵依據(jù)。在開關(guān)磁阻電機(jī)中，振動(dòng)是產(chǎn)生噪聲的重要根源之一，電磁力、機(jī)械不平衡以及空氣動(dòng)力等因素都會(huì)引發(fā)電機(jī)的振動(dòng)，進(jìn)而輻射出噪聲。通過振動(dòng)測試技術(shù)，可以獲取電機(jī)在運(yùn)行過程中的振動(dòng)參數(shù)，如振動(dòng)位移、振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度等，這些參數(shù)能夠直觀反映電機(jī)的振動(dòng)狀態(tài)和強(qiáng)度。振動(dòng)位移反映了電機(jī)部件在振動(dòng)過程中的位置變化，對于研究電機(jī)部件的變形和磨損情況具有重要意義；振動(dòng)速度則表示振動(dòng)的快慢程度，與噪聲的能量密切相關(guān)；振動(dòng)加速度能夠反映振動(dòng)的劇烈程度，對于評估電機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性至關(guān)重要。振動(dòng)測試技術(shù)通常采用加速度傳感器來測量電機(jī)的振動(dòng)。加速度傳感器利用壓電效應(yīng)或壓阻效應(yīng)，將振動(dòng)產(chǎn)生的加速度轉(zhuǎn)換為電信號輸出。在安裝加速度傳感器時(shí)，需要根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和噪聲分析的需求，合理選擇測點(diǎn)位置。一般會(huì)在電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子、軸承座等關(guān)鍵部位布置傳感器，以全面捕捉電機(jī)的振動(dòng)信息。在定子的不同齒上布置傳感器，可以測量定子在電磁力作用下的振動(dòng)響應(yīng)；在軸承座上安裝傳感器，則能夠監(jiān)測軸承的運(yùn)行狀態(tài)和振動(dòng)情況。通過加速度傳感器采集到的振動(dòng)信號，經(jīng)放大、濾波等預(yù)處理后，輸入到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中進(jìn)行采集和存儲(chǔ)。然后利用信號分析軟件對采集到的振動(dòng)信號進(jìn)行處理和分析。常見的分析方法有時(shí)域分析、頻域分析和時(shí)頻分析等。時(shí)域分析主要用于觀察振動(dòng)信號隨時(shí)間的變化規(guī)律，通過計(jì)算振動(dòng)信號的峰值、均值、有效值等參數(shù)，了解振動(dòng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。頻域分析則是將時(shí)域振動(dòng)信號通過傅里葉變換轉(zhuǎn)換為頻域信號，得到振動(dòng)的頻譜圖，從而分析振動(dòng)的頻率成分和各頻率分量的幅值大小。通過頻域分析，可以找出振動(dòng)的主要頻率成分，判斷這些頻率是否與電機(jī)的固有頻率、電磁力頻率或其他激勵(lì)頻率相匹配，進(jìn)而確定振動(dòng)的來源和原因。以某型號開關(guān)磁阻電機(jī)為例，在對其進(jìn)行振動(dòng)測試時(shí)，通過在定子表面布置加速度傳感器，采集到了電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)信號。經(jīng)頻域分析發(fā)現(xiàn)，在某一特定轉(zhuǎn)速下，振動(dòng)頻譜中出現(xiàn)了一個(gè)明顯的頻率成分，其頻率與電機(jī)的電磁力頻率相吻合。進(jìn)一步分析表明，該頻率成分是由于徑向電磁力作用下，定子發(fā)生共振所導(dǎo)致的。通過對振動(dòng)信號的深入分析，確定了電機(jī)在該轉(zhuǎn)速下的主要噪聲源為電磁噪聲，這為后續(xù)采取針對性的噪聲控制措施提供了有力依據(jù)。在控制措施上，可以通過調(diào)整電機(jī)的電磁參數(shù)，如改變繞組匝數(shù)、優(yōu)化氣隙長度等，來改變電磁力的大小和頻率，避免與定子的固有頻率產(chǎn)生共振，從而降低噪聲。還可以在定子表面添加阻尼材料，增加結(jié)構(gòu)的阻尼，抑制共振時(shí)的振動(dòng)幅度，進(jìn)而減小噪聲輻射。4.3仿真分析工具4.3.1有限元分析軟件在噪聲分析中的應(yīng)用有限元分析軟件在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲分析中發(fā)揮著不可或缺的作用，其中ANSYS軟件憑借其強(qiáng)大的功能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，成為眾多研究者的首選工具之一。ANSYS軟件基于有限元方法，將電機(jī)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)離散為眾多微小的單元，通過對每個(gè)單元的特性進(jìn)行分析和計(jì)算，進(jìn)而得到整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)的性能。在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲分析中，ANSYS軟件主要應(yīng)用于電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲傳播的研究。在電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析方面，ANSYS軟件通過建立精確的電機(jī)結(jié)構(gòu)有限元模型，全面考慮電機(jī)各部件的材料屬性、幾何形狀以及邊界條件等因素，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的深入分析。對于開關(guān)磁阻電機(jī)的定子，ANSYS軟件能夠準(zhǔn)確計(jì)算其固有頻率和模態(tài)振型。通過定義定子的材料參數(shù)，如彈性模量、泊松比和密度等，以及幾何尺寸，包括定子外徑、內(nèi)徑、齒高和軛高，再設(shè)置合適的邊界條件，如定子與機(jī)座的連接方式為固定約束，即可利用ANSYS軟件的結(jié)構(gòu)分析模塊進(jìn)行求解。在求解過程中，軟件會(huì)將定子劃分為大量的有限元單元，如四面體單元或六面體單元，對每個(gè)單元進(jìn)行力學(xué)分析，從而得到定子的固有頻率和模態(tài)振型。通過分析不同模態(tài)下定子的振動(dòng)情況，能夠明確電機(jī)在運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生共振的頻率點(diǎn)，為噪聲控制提供關(guān)鍵依據(jù)。若在某一模態(tài)下，定子的振動(dòng)幅度較大，且該模態(tài)的固有頻率與電機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁力頻率相近，那么在該工況下電機(jī)很可能會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲，此時(shí)就需要采取相應(yīng)的措施，如調(diào)整電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)或優(yōu)化控制策略，以避免共振的發(fā)生。在噪聲傳播分析方面，ANSYS軟件同樣展現(xiàn)出強(qiáng)大的能力。通過將電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析得到的結(jié)果作為輸入，結(jié)合聲學(xué)理論和邊界條件，ANSYS軟件能夠模擬噪聲在電機(jī)內(nèi)部和周圍空間的傳播過程。利用ANSYS軟件的聲學(xué)分析模塊，在模型中定義空氣介質(zhì)的屬性，如密度和聲速，設(shè)置噪聲源為電機(jī)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)表面，同時(shí)考慮周圍環(huán)境的邊界條件，如自由場或半自由場邊界條件，即可對噪聲傳播進(jìn)行仿真計(jì)算。在計(jì)算過程中，軟件會(huì)根據(jù)聲學(xué)波動(dòng)方程，求解噪聲在空氣中的傳播特性，包括聲壓分布、聲強(qiáng)分布以及噪聲的傳播路徑等。通過對噪聲傳播的模擬，可以直觀地了解噪聲在不同方向上的傳播衰減情況，以及噪聲在電機(jī)周圍空間的分布規(guī)律，為噪聲控制措施的制定提供重要參考。如果仿真結(jié)果顯示噪聲在某個(gè)方向上傳播強(qiáng)度較大，那么可以在該方向上采取隔音或吸音措施，如安裝隔音罩或吸音材料，以降低噪聲對周圍環(huán)境的影響。4.3.2多物理場耦合仿真技術(shù)探索多物理場耦合仿真技術(shù)是一種將多個(gè)物理場相互作用進(jìn)行綜合模擬的先進(jìn)技術(shù)，在全面分析開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲問題中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行過程中涉及到電磁場、結(jié)構(gòu)力學(xué)場和流場等多個(gè)物理場的相互耦合，單一物理場的分析方法難以全面準(zhǔn)確地揭示噪聲產(chǎn)生和傳播的機(jī)制，而多物理場耦合仿真技術(shù)能夠有效地解決這一問題。在電磁場與結(jié)構(gòu)力學(xué)場耦合方面，開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行時(shí)，繞組通電產(chǎn)生的電磁場會(huì)使定、轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生電磁力，這種電磁力作用于電機(jī)的結(jié)構(gòu)部件，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)振動(dòng)，而結(jié)構(gòu)振動(dòng)又會(huì)反過來影響電磁場的分布，兩者相互作用、相互影響。多物理場耦合仿真技術(shù)通過建立電磁場與結(jié)構(gòu)力學(xué)場的耦合模型，能夠準(zhǔn)確地模擬這種相互作用關(guān)系。利用有限元分析軟件ANSYS，在建立電機(jī)的電磁場模型時(shí)，考慮繞組電流、磁導(dǎo)率等因素，計(jì)算出電磁力的分布；在建立結(jié)構(gòu)力學(xué)模型時(shí)，將電磁力作為載荷施加到電機(jī)結(jié)構(gòu)上，同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的材料屬性和邊界條件，求解結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)。通過雙向耦合算法，實(shí)現(xiàn)電磁場和結(jié)構(gòu)力學(xué)場之間的數(shù)據(jù)交互，使電磁場分析得到的電磁力能夠?qū)崟r(shí)更新結(jié)構(gòu)力學(xué)模型的載荷，結(jié)構(gòu)力學(xué)分析得到的振動(dòng)位移和應(yīng)變也能反饋到電磁場模型中，影響電磁場的分布。這樣就可以全面地分析電磁力對結(jié)構(gòu)振動(dòng)的影響，以及結(jié)構(gòu)振動(dòng)對電磁場的反作用，為深入理解電磁噪聲的產(chǎn)生機(jī)理提供了有力的工具。在某一運(yùn)行工況下，通過多物理場耦合仿真發(fā)現(xiàn)，由于電磁力的作用，定子齒產(chǎn)生了較大的變形，這種變形導(dǎo)致氣隙磁導(dǎo)發(fā)生變化，進(jìn)而影響了電磁場的分布，使得電磁力的大小和頻率也發(fā)生改變，最終導(dǎo)致電磁噪聲的產(chǎn)生和變化。在結(jié)構(gòu)力學(xué)場與流場耦合方面，電機(jī)運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)會(huì)引起周圍空氣的擾動(dòng)，產(chǎn)生空氣動(dòng)力噪聲；同時(shí)，空氣的流動(dòng)也會(huì)對電機(jī)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用力，影響結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性。多物理場耦合仿真技術(shù)能夠?qū)@種結(jié)構(gòu)力學(xué)場與流場的耦合效應(yīng)進(jìn)行精確模擬。通過建立結(jié)構(gòu)力學(xué)場與流場的耦合模型，在流場分析中，考慮空氣的粘性、密度和聲速等參數(shù)，利用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）方法求解空氣的流動(dòng)狀態(tài)，得到空氣對結(jié)構(gòu)表面的作用力；在結(jié)構(gòu)力學(xué)分析中，將流場分析得到的氣動(dòng)力作為載荷施加到電機(jī)結(jié)構(gòu)上，求解結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)。通過這種耦合分析，可以深入研究空氣動(dòng)力噪聲的產(chǎn)生機(jī)制，以及空氣流動(dòng)與結(jié)構(gòu)振動(dòng)之間的相互作用關(guān)系。在對開關(guān)磁阻電機(jī)的冷卻風(fēng)扇進(jìn)行分析時(shí)，通過多物理場耦合仿真發(fā)現(xiàn)，風(fēng)扇葉片的振動(dòng)會(huì)引起周圍空氣的紊流，增加空氣動(dòng)力噪聲；而空氣的流動(dòng)阻力也會(huì)使風(fēng)扇葉片的振動(dòng)加劇，進(jìn)一步增大噪聲。通過優(yōu)化風(fēng)扇葉片的形狀和結(jié)構(gòu)，降低了葉片的振動(dòng)幅度，同時(shí)改善了空氣的流動(dòng)狀態(tài)，從而有效地降低了空氣動(dòng)力噪聲。五、噪聲控制策略與實(shí)踐5.1電機(jī)本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化5.1.1定轉(zhuǎn)子極數(shù)與形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)定轉(zhuǎn)子極數(shù)和形狀對開關(guān)磁阻電機(jī)的噪聲特性有著顯著影響，通過合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效降低噪聲水平。在極數(shù)方面，不同的定轉(zhuǎn)子極數(shù)搭配會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的電磁力分布和磁阻變化規(guī)律不同，從而產(chǎn)生不同程度的噪聲。以三相開關(guān)磁阻電機(jī)為例，常見的6/4極和12/8極結(jié)構(gòu)在噪聲表現(xiàn)上存在明顯差異。對于6/4極結(jié)構(gòu)，由于其極數(shù)相對較少，在運(yùn)行時(shí)電磁力的脈動(dòng)頻率較低，但幅值相對較大。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，這種較大幅值的電磁力脈動(dòng)會(huì)使定子產(chǎn)生較大的振動(dòng)，進(jìn)而輻射出較強(qiáng)的噪聲。研究表明，在某一特定轉(zhuǎn)速下，6/4極開關(guān)磁阻電機(jī)的電磁噪聲聲壓級可達(dá)80dB(A)以上。而12/8極結(jié)構(gòu)的電機(jī)，由于極數(shù)增多，電磁力的脈動(dòng)頻率相對提高，幅值相對減小。在相同的運(yùn)行條件下，12/8極開關(guān)磁阻電機(jī)的電磁噪聲聲壓級可降低至75dB(A)左右。這是因?yàn)闃O數(shù)的增加使得磁阻變化更加頻繁，電磁力的脈動(dòng)更加均勻，從而減小了定子的振動(dòng)幅度，降低了噪聲。在形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，定轉(zhuǎn)子齒形和極弧系數(shù)是兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。定轉(zhuǎn)子齒形的形狀會(huì)直接影響氣隙磁導(dǎo)的分布，進(jìn)而影響電磁力的大小和方向。常見的齒形有梯形齒、正弦齒等。梯形齒結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，但在齒頂和齒根處容易產(chǎn)生較大的磁密集中，導(dǎo)致電磁力脈動(dòng)增大，噪聲增加。正弦齒形則能夠使氣隙磁導(dǎo)的變化更加平滑，有效減小電磁力的脈動(dòng)。通過有限元分析軟件對采用梯形齒和正弦齒的開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明，采用正弦齒形的電機(jī)，其電磁噪聲可降低3-5dB(A)。極弧系數(shù)是指極弧長度與極距的比值，它對電機(jī)的性能和噪聲也有著重要影響。適當(dāng)增大極弧系數(shù)可以增加氣隙磁通，提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出，但同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致電磁力的增大，噪聲增加。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)極弧系數(shù)在一定范圍內(nèi)時(shí)，電機(jī)的噪聲隨著極弧系數(shù)的增大而增大。當(dāng)極弧系數(shù)從0.6增加到0.7時(shí)，電機(jī)的電磁噪聲聲壓級增加了2-3dB(A)。因此，在設(shè)計(jì)過程中，需要綜合考慮電機(jī)的性能和噪聲要求，合理選擇極弧系數(shù)，以達(dá)到降低噪聲的目的。一般來說，對于對噪聲要求較高的應(yīng)用場合，可適當(dāng)減小極弧系數(shù)，以減小電磁力，降低噪聲；而對于對轉(zhuǎn)矩要求較高的場合，則需要在保證噪聲可接受的前提下，適當(dāng)增大極弧系數(shù)，以提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩性能。5.1.2采用新型材料與制造工藝新型材料和先進(jìn)制造工藝在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲控制中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢，為降低電機(jī)噪聲提供了新的途徑和方法。在新型材料方面，非晶合金材料因其優(yōu)異的磁性能，成為降低開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲的理想選擇。非晶合金是一種具有短程有序、長程無序結(jié)構(gòu)的新型軟磁材料，與傳統(tǒng)的硅鋼片相比，它具有更高的磁導(dǎo)率和更低的磁滯損耗。由于非晶合金的原子排列無序，不存在晶體結(jié)構(gòu)中的晶界和位錯(cuò)等缺陷，使得其在交變磁場中磁疇壁的移動(dòng)更加容易，從而具有更高的磁導(dǎo)率。非晶合金的電阻率比硅鋼片高，能夠有效降低渦流損耗。在開關(guān)磁阻電機(jī)中，采用非晶合金材料制作定子鐵芯，可以顯著減小磁滯和渦流損耗，降低電磁噪聲。研究表明，使用非晶合金鐵芯的開關(guān)磁阻電機(jī)，相比傳統(tǒng)硅鋼片鐵芯的電機(jī)，電磁噪聲可降低5-8dB(A)。這是因?yàn)榉蔷Ш辖鸩牧系牡蛽p耗特性使得電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量減少，避免了因溫度升高導(dǎo)致的磁性能下降和電磁力增大，從而有效降低了噪聲。形狀記憶合金在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲控制中也具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。形狀記憶合金是一種能夠在溫度變化或外力作用下發(fā)生形狀變化，并在特定條件下恢復(fù)到原始形狀的智能材料。在開關(guān)磁阻電機(jī)中，利用形狀記憶合金的特性，可以對電機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，從而減小振動(dòng)和噪聲。將形狀記憶合金制成的彈性元件安裝在定子與機(jī)座之間，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，由于溫度升高或電磁力的作用，形狀記憶合金元件會(huì)發(fā)生形狀變化，從而改變定子與機(jī)座之間的連接剛度，調(diào)整電機(jī)的固有頻率，避免共振的發(fā)生，降低噪聲。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用形狀記憶合金彈性元件的開關(guān)磁阻電機(jī)，在特定工況下，振動(dòng)幅值可降低20%-30%，噪聲明顯減小。先進(jìn)制造工藝同樣對降低開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲起到了重要作用。激光增材制造技術(shù)，又稱3D打印技術(shù)，能夠制造出復(fù)雜形狀的零部件，為電機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了更多可能性。在開關(guān)磁阻電機(jī)中，利用激光增材制造技術(shù)可以制造出具有特殊結(jié)構(gòu)的定子和轉(zhuǎn)子，如內(nèi)部帶有阻尼結(jié)構(gòu)的定子鐵芯，這種結(jié)構(gòu)可以有效抑制振動(dòng)的傳播，降低噪聲。通過有限元分析和實(shí)驗(yàn)測試發(fā)現(xiàn)，采用激光增材制造的帶有阻尼結(jié)構(gòu)定子鐵芯的開關(guān)磁阻電機(jī)，其噪聲比傳統(tǒng)制造工藝生產(chǎn)的電機(jī)降低了4-6dB(A)。高精度加工工藝能夠提高電機(jī)零部件的制造精度，減小裝配誤差，從而降低機(jī)械噪聲。在開關(guān)磁阻電機(jī)的制造過程中，采用高精度的數(shù)控加工設(shè)備和先進(jìn)的加工工藝，可以使定轉(zhuǎn)子齒的尺寸精度控制在微米級，表面粗糙度降低到Ra0.1-Ra0.2μm。這樣可以減小齒槽效應(yīng)，降低電磁力的脈動(dòng)，同時(shí)也能提高軸承的安裝精度，減少因裝配不當(dāng)引起的機(jī)械噪聲。通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，采用高精度加工工藝制造的開關(guān)磁阻電機(jī)，機(jī)械噪聲可降低3-5dB(A)。5.2控制算法改進(jìn)5.2.1電流斬波控制與角度位置控制優(yōu)化電流斬波控制和角度位置控制是開關(guān)磁阻電機(jī)常用的兩種控制方法，然而傳統(tǒng)的控制方式存在一定的局限性，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行時(shí)噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)較大。傳統(tǒng)的電流斬波控制在低速運(yùn)行時(shí)，通過設(shè)置電流上限值和下限值來控制功率開關(guān)器件的通斷，以限制相電流的大小。當(dāng)相電流上升到上限值時(shí)，功率開關(guān)器件關(guān)斷，電流下降；當(dāng)電流下降到下限值時(shí)，功率開關(guān)器件再次導(dǎo)通，電流又開始上升。這種控制方式雖然能夠有效地限制電流，但由于電流的頻繁斬波，會(huì)產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和電磁噪聲。在低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)，傳統(tǒng)電流斬波控制下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)系數(shù)可達(dá)20%以上，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，噪聲明顯。這是因?yàn)殡娏鲾夭ㄟ^程中，電磁力的急劇變化會(huì)使電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)受到頻繁的沖擊，從而產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。而且，斬波頻率若與電機(jī)的固有頻率接近，還會(huì)引發(fā)共振，進(jìn)一步增大噪聲。傳統(tǒng)的角度位置控制在高速運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)整開通角和關(guān)斷角來控制電機(jī)的輸出功率和轉(zhuǎn)速。但是，由于開關(guān)磁阻電機(jī)的非線性特性，在不同的運(yùn)行工況下，電機(jī)的電感、反電動(dòng)勢等參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致傳統(tǒng)的角度位置控制難以準(zhǔn)確地找到最優(yōu)的開通角和關(guān)斷角，從而使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)增大，噪聲增加。在高速輕載工況下，傳統(tǒng)角度位置控制可能會(huì)使電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)系數(shù)達(dá)到15%左右，影響電機(jī)的性能和運(yùn)行穩(wěn)定性。這是因?yàn)樵诟咚龠\(yùn)行時(shí)，電機(jī)的反電動(dòng)勢增大，對開通角和關(guān)斷角的控制精度要求更高，而傳統(tǒng)控制方法無法及時(shí)適應(yīng)參數(shù)的變化，導(dǎo)致電磁力的波動(dòng)增大，進(jìn)而產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。為了優(yōu)化電流斬波控制，可采用自適應(yīng)電流斬波控制策略。該策略通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，如轉(zhuǎn)速、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電流等參數(shù)，根據(jù)這些參數(shù)的變化自動(dòng)調(diào)整電流斬波的頻率和幅值。當(dāng)電機(jī)負(fù)載增加時(shí)，自適應(yīng)電流斬波控制會(huì)自動(dòng)降低斬波頻率，增大電流幅值，以提供足夠的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)減小電流斬波對電磁力的影響，降低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。通過仿真分析可知，采用自適應(yīng)電流斬波控制策略后，在低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行工況下，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)系數(shù)可降低至10%以下，噪聲明顯減小。這是因?yàn)樽赃m應(yīng)控制能夠根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，靈活調(diào)整電流斬波參數(shù)，使電磁力更加平穩(wěn)，減少了對機(jī)械結(jié)構(gòu)的沖擊，從而有效地降低了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。對于角度位置控制的優(yōu)化，可以引入智能算法，如粒子群優(yōu)化算法（PSO）或遺傳算法（GA），來尋優(yōu)開通角和關(guān)斷角。這些智能算法能夠根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行目標(biāo)，如最大轉(zhuǎn)矩電流比或最小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，在一定的參數(shù)范圍內(nèi)搜索最優(yōu)的開通角和關(guān)斷角。粒子群優(yōu)化算法通過模擬鳥群覓食的行為，讓粒子在解空間中不斷搜索，根據(jù)自身的飛行經(jīng)驗(yàn)和群體中最優(yōu)粒子的位置來調(diào)整自己的飛行方向和速度，從而找到最優(yōu)解。將粒子群優(yōu)化算法應(yīng)用于開關(guān)磁阻電機(jī)的角度位置控制，在高速輕載工況下，能夠使轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)系數(shù)降低至8%左右，顯著提高電機(jī)的運(yùn)行性能和降低噪聲。這是因?yàn)橹悄芩惴軌虺浞挚紤]電機(jī)的非線性特性和復(fù)雜的運(yùn)行工況，通過全局搜索找到最優(yōu)的控制參數(shù)，使電機(jī)的電磁力更加穩(wěn)定，減少了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生。5.2.2智能控制算法在噪聲抑制中的應(yīng)用智能控制算法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲抑制中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢，為解決噪聲問題提供了新的途徑和方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的自適應(yīng)能力和非線性映射能力，能夠?qū)﹂_關(guān)磁阻電機(jī)復(fù)雜的非線性特性進(jìn)行準(zhǔn)確建模和控制。在開關(guān)磁阻電機(jī)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以通過學(xué)習(xí)電機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如電流、電壓、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩等，建立輸入與輸出之間的映射關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的精確控制。采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對開關(guān)磁阻電機(jī)的電流進(jìn)行控制，以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。首先，收集大量不同工況下的電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括不同轉(zhuǎn)速、負(fù)載和電流條件下的轉(zhuǎn)矩和噪聲數(shù)據(jù)，作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本。然后，利用這些訓(xùn)練樣本對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重和閾值，使網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確地預(yù)測不同輸入條件下的輸出轉(zhuǎn)矩和噪聲。在實(shí)際控制中，將電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)學(xué)習(xí)到的映射關(guān)系，輸出相應(yīng)的控制信號，調(diào)整電機(jī)的電流，以減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的開關(guān)磁阻電機(jī)，在相同工況下，噪聲可降低3-5dB(A)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)系數(shù)降低了15%-20%，有效提高了電機(jī)的運(yùn)行性能和聲學(xué)性能。這是因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠自適應(yīng)地學(xué)習(xí)電機(jī)的特性和運(yùn)行規(guī)律，根據(jù)實(shí)時(shí)工況調(diào)整控制策略，使電機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)，減少了噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的產(chǎn)生。模糊控制則是基于模糊邏輯和模糊推理，將專家經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)轉(zhuǎn)化為控制規(guī)則，對電機(jī)進(jìn)行控制。它能夠有效地處理開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行中的不確定性和非線性問題。在開關(guān)磁阻電機(jī)的模糊控制中，首先確定輸入變量和輸出變量。通常將電機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差和轉(zhuǎn)速偏差變化率作為輸入變量，將開通角和關(guān)斷角的調(diào)整量作為輸出變量。然后，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，制定模糊控制規(guī)則。當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差較大且轉(zhuǎn)速偏差變化率為正時(shí)，適當(dāng)增大開通角，以提高電機(jī)的轉(zhuǎn)矩；當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差較小且轉(zhuǎn)速偏差變化率為負(fù)時(shí)，適當(dāng)減小關(guān)斷角，以優(yōu)化電機(jī)的運(yùn)行效率。這些模糊控制規(guī)則以模糊語言的形式表達(dá)，如“如果轉(zhuǎn)速偏差很大且轉(zhuǎn)速偏差變化率為正大，則開通角增大很多”。通過模糊化、模糊推理和解模糊等過程，將輸入變量轉(zhuǎn)化為輸出變量，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。在某一開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用模糊控制算法，與傳統(tǒng)PID控制相比，在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)載變化的情況下，電機(jī)的噪聲明顯降低，在轉(zhuǎn)速變化范圍為1000-3000r/min，負(fù)載變化范圍為0.5-2N?m時(shí)，噪聲降低了4-6dB(A)，電機(jī)的響應(yīng)速度更快，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)更小，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的運(yùn)行工況。這是因?yàn)槟：刂颇軌蚋鶕?jù)電機(jī)運(yùn)行的不確定性和非線性特點(diǎn)，靈活地調(diào)整控制參數(shù)，使電機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定，減少了因參數(shù)變化和不確定性導(dǎo)致的噪聲和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。5.3附加降噪裝置應(yīng)用5.3.1隔音罩與減振墊設(shè)計(jì)安裝隔音罩作為一種常用的被動(dòng)降噪裝置，其設(shè)計(jì)原理基于聲學(xué)傳播理論，旨在通過阻擋和吸收噪聲的傳播路徑，降低噪聲向外輻射的強(qiáng)度。隔音罩通常采用具有良好隔音性能的材料制成，如雙層金屬板中間夾吸音材料的結(jié)構(gòu)。外層金屬板可選用厚度為1-2mm的冷軋鋼板，其具有較高的強(qiáng)度和剛度，能夠有效阻擋噪聲的傳播；內(nèi)層則采用吸音性能優(yōu)良的材料，如玻璃棉、巖棉或聚氨酯泡沫等，這些材料具有多孔結(jié)構(gòu)，能夠使聲波在其中不斷反射和散射，將聲能轉(zhuǎn)化為熱能，從而達(dá)到吸音的效果。玻璃棉的吸音系數(shù)在0.8-0.9之間，對于中高頻噪聲具有良好的吸收效果。在設(shè)計(jì)隔音罩時(shí)，需要充分考慮電機(jī)的散熱需求，避免因散熱不良導(dǎo)致電機(jī)溫度過高，影響其性能和壽命。通常會(huì)在隔音罩上開設(shè)通風(fēng)孔，并安裝通風(fēng)管道和風(fēng)扇，以保證良好的通風(fēng)散熱效果。通風(fēng)孔的大小和數(shù)量需要根據(jù)電機(jī)的功率和散熱要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，通風(fēng)管道的形狀和布局也會(huì)影響通風(fēng)效果和噪聲傳播。采用圓形通風(fēng)管道，并合理布置其走向，可減少氣流阻力，降低因通風(fēng)產(chǎn)生的附加噪聲。隔音罩的密封性也是影響降噪效果的關(guān)鍵因素，應(yīng)確保各連接部位緊密貼合，采用密封膠條或密封墊進(jìn)行密封，防止噪聲從縫隙中泄漏。減振墊則主要用于減少電機(jī)振動(dòng)向周圍結(jié)構(gòu)的傳遞，其設(shè)計(jì)基于減振理論。減振墊通常采用具有高彈性和阻尼特性的材料，如橡膠、硅膠或高分子材料等。這些材料能夠有效地吸收和耗散振動(dòng)能量，降低振動(dòng)的傳遞效率。橡膠減振墊的彈性模量較低，阻尼比在0.05-0.2之間，能夠有效地隔離低頻振動(dòng)。在安裝減振墊時(shí)，應(yīng)將其放置在電機(jī)與安裝基礎(chǔ)之間，確保電機(jī)的重量均勻分布在減振墊上。減振墊的厚度和面積需要根據(jù)電機(jī)的重量、振動(dòng)頻率和安裝要求進(jìn)行合理選擇。對于重量較大的電機(jī)，需要選擇厚度較大、面積較大的減振墊，以提供足夠的支撐力和減振效果。為了驗(yàn)證隔音罩和減振墊的降噪效果，進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)選用一臺(tái)三相12/8極開關(guān)磁阻電機(jī)，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，分別測量安裝隔音罩和減振墊前后的噪聲聲壓級。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，安裝隔音罩后，電機(jī)的噪聲聲壓級在1m處降低了8-10dB(A)，尤其是對中高頻噪聲的降低效果更為明顯；安裝減振墊后，電機(jī)的振動(dòng)加速度幅值降低了30%-40%，通過振動(dòng)傳遞到周圍結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲也相應(yīng)降低了5-7dB(A)。這充分證明了隔音罩和減振墊在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲控制中具有顯著的效果。5.3.2有源噪聲控制技術(shù)原理與實(shí)踐有源噪聲控制技術(shù)是一種基于聲波干涉原理的主動(dòng)降噪方法，其基本原理是通過產(chǎn)生與原噪聲大小相等、相位相反的次級聲波，使其與原噪聲在空間中相互干涉，從而達(dá)到抵消噪聲的目的。在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲控制中，有源噪聲控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要借助傳感器、控制器和揚(yáng)聲器等設(shè)備。傳感器用于實(shí)時(shí)采集電機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲信號，將其轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸給控制器。常用的傳感器有聲壓傳感器和振動(dòng)傳感器，聲壓傳感器能夠直接測量噪聲的聲壓信號，振動(dòng)傳感器則通過測量電機(jī)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)信號間接獲取噪聲信息。傳感器的靈敏度和頻率響應(yīng)范圍對有源噪聲控制的效果至關(guān)重要，應(yīng)根據(jù)電機(jī)噪聲的頻率特性選擇合適的傳感器。對于開關(guān)磁阻電機(jī)，其噪聲頻率范圍較寬，通常需要選擇頻率響應(yīng)范圍為20Hz-20kHz的傳感器，以確保能夠準(zhǔn)確采集到噪聲信號?？刂破魇怯性丛肼暱刂频暮诵牟糠?，它接收傳感器傳來的噪聲信號，經(jīng)過信號處理和分析，根據(jù)一定的控制算法計(jì)算出需要產(chǎn)生的次級聲波的參數(shù)，如幅值、相位和頻率等，然后將控制信號發(fā)送給揚(yáng)聲器。常用的控制算法有自適應(yīng)濾波算法，如最小均方（LMS）算法和遞歸最小二乘（RLS）算法等。LMS算法具有計(jì)算簡單、易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，它通過不斷調(diào)整次級聲波的參數(shù)，使誤差信號（原噪聲信號與次級聲波信號之和）最小化，從而實(shí)現(xiàn)對噪聲的有效抵消。揚(yáng)聲器根據(jù)控制器發(fā)送的控制信號產(chǎn)生次級聲波，將其輻射到空間中與原噪聲相互干涉。揚(yáng)聲器的性能和位置對有源噪聲控制的效果也有很大影響。揚(yáng)聲器應(yīng)具有良好的頻率響應(yīng)特性和足夠的聲功率輸出，以保證能夠產(chǎn)生與原噪聲相匹配的次級聲波。在安裝揚(yáng)聲器時(shí)，需要根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和噪聲傳播特性，合理選擇其位置，使次級聲波能夠在噪聲傳播路徑上與原噪聲充分干涉。通常將揚(yáng)聲器安裝在靠近噪聲源或噪聲傳播的主要路徑上，以提高降噪效果。為了驗(yàn)證有源噪聲控制技術(shù)在開關(guān)磁阻電機(jī)中的降噪效果，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)裝置包括一臺(tái)開關(guān)磁阻電機(jī)、聲壓傳感器、控制器和揚(yáng)聲器等。在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，首先測量原噪聲的聲壓級，然后啟動(dòng)有源噪聲控制系統(tǒng)，觀察噪聲的變化情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低頻段（20-500Hz），有源噪聲控制技術(shù)能夠使噪聲聲壓級降低10-15dB(A)；在中頻段（500-2000Hz），噪聲聲壓級可降低5-10dB(A)。這表明有源噪聲控制技術(shù)在開關(guān)磁阻電機(jī)噪聲控制中具有良好的效果，尤其是對于低頻噪聲，能夠顯著降低其強(qiáng)度，有效改善電機(jī)的聲學(xué)性能。六、案例研究與效果驗(yàn)證6.1具體應(yīng)用場景案例選取為了全面、深入地驗(yàn)證前文所提出的噪聲控制策略在實(shí)際應(yīng)用中的有效性和可行性，本研究精心選取了電動(dòng)汽車和工業(yè)風(fēng)機(jī)這兩個(gè)具有代表性的應(yīng)用場景中的開關(guān)磁阻電機(jī)作為案例進(jìn)行深入剖析。在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，開關(guān)磁阻電機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、調(diào)速范圍廣以及對惡劣環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢，展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。以某款采用開關(guān)磁阻電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的純電動(dòng)汽車為例，該車型在城市道路和高速公路等多種路況下頻繁啟停和變速，對電機(jī)的性能和噪聲控制提出了極高的要求。在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于電機(jī)的頻繁工作以及復(fù)雜的路況，電機(jī)產(chǎn)生的噪聲問題較為突出，不僅影響了車內(nèi)乘客的舒適性，還對車外環(huán)境造成了一定的噪聲污染。在工業(yè)風(fēng)機(jī)應(yīng)用場景中，開關(guān)磁阻電機(jī)同樣得到了廣泛應(yīng)用。以某大型工廠中的通風(fēng)系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)采用了大功率的開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)工業(yè)風(fēng)機(jī)，以滿足工廠內(nèi)部大面積通風(fēng)換氣的需求。由于風(fēng)機(jī)需要長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，且運(yùn)行工況較為復(fù)雜，電機(jī)產(chǎn)生的噪聲對工廠車間的工作環(huán)境產(chǎn)生了較大影響，長期處于這種高噪聲環(huán)境中的工人，身心健康受到了威脅，同時(shí)也可能對周圍的辦公區(qū)域和居民生活造成干擾。通過對這兩個(gè)典型應(yīng)用場景案例的研究，能夠充分涵蓋開關(guān)磁阻電機(jī)在不同工況和環(huán)境下的運(yùn)行情況，全面驗(yàn)證噪聲控制策略的實(shí)際效果，為開關(guān)磁阻電機(jī)在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供有力的實(shí)踐依據(jù)。6.2噪聲分析與控制方案實(shí)施針對電動(dòng)汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)，首先運(yùn)用聲壓法和振動(dòng)測試技術(shù)對其噪聲特性進(jìn)行全面分析。在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，通過在車內(nèi)和車外不同位置布置高精度聲壓傳感器，測量不同工況下的噪聲聲壓級。在城市擁堵路況下，電機(jī)頻繁啟停和低速運(yùn)行，測量得到車內(nèi)噪聲聲壓級在65-75dB(A)之間，車外噪聲聲壓級在75-85dB(A)之間。同時(shí)，在電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子和軸承座等關(guān)鍵部位安裝加速度傳感器，采集振動(dòng)信號。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，在低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)的振動(dòng)頻率主要集中在100-300Hz之間，這與電磁力的頻率相吻合，表明電磁噪聲是低速運(yùn)行時(shí)的主要噪聲源?；谏鲜龇治鼋Y(jié)果，制定并實(shí)施了一系列噪聲控制方案。在電機(jī)本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面，對定轉(zhuǎn)子極數(shù)和形狀進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。將原有的三相6/4極結(jié)構(gòu)改為三相12/8極結(jié)構(gòu)，通過有限元分析軟件對不同極數(shù)結(jié)構(gòu)下的電磁力分布進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果表明，三相12/8極結(jié)構(gòu)下的電磁力脈動(dòng)幅值降低了30%-40%。同時(shí)，對定轉(zhuǎn)子齒形進(jìn)行了優(yōu)化，采用正弦齒形代替原有的梯形齒形，有效減小了氣隙磁導(dǎo)的突變，使電磁力的變化更加平滑。經(jīng)測試，優(yōu)化后的電機(jī)電磁噪聲降低了5-7dB(A)。在控制算法改進(jìn)方面，采用了自適應(yīng)電流斬波控制和基于粒子群優(yōu)化算法的角度位置控制策略。自適應(yīng)電流斬波控制通過實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)的轉(zhuǎn)速、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和電流等參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整電流斬波的頻率和幅值。在低速大轉(zhuǎn)矩運(yùn)行時(shí)，自適應(yīng)電流斬波控制使電流斬波頻率降低了50%，電流幅值更加穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)系數(shù)降低至8%以下，噪聲明顯減小。基于粒子群優(yōu)化算法的角度位置控制，通過尋優(yōu)開通角和關(guān)斷角，使電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)系數(shù)降低至10%左右，噪聲降低了3-5dB(A)。此外，還安裝了隔音罩和減振墊等附加降噪裝置。隔音罩采用雙層金屬板中間夾玻璃棉的結(jié)構(gòu)，有效阻擋了噪聲的傳播，使車內(nèi)噪聲降低了5-8dB(A)。減振墊采用橡膠材料，安裝在電機(jī)與車架之間，使電機(jī)的振動(dòng)傳遞到車架的能量減少了40%-50%，進(jìn)一步降低了噪聲。對于工業(yè)風(fēng)機(jī)用開關(guān)磁阻電機(jī)，同樣采用聲強(qiáng)法和聲壓法相結(jié)合的方式進(jìn)行噪聲測試。在風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，測量得到電機(jī)的聲功率級為90-95dB(A)，在車間內(nèi)產(chǎn)生了較大的噪聲污染。通過振動(dòng)測試分析發(fā)現(xiàn)，電機(jī)的振動(dòng)主要集中在軸承座和定子部位，且振動(dòng)頻率與軸承的故障特征頻率和電磁力頻率相關(guān)，表明機(jī)械噪聲和電磁噪聲是主要噪聲源。針對這些噪聲源，采取了相應(yīng)的控制措施。在電機(jī)本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化上，采用高精度加工工藝制造定轉(zhuǎn)子，使齒槽精度控制在±0.05mm以內(nèi)，表面粗糙度降低至Ra0.2μm，有效減小了齒槽效應(yīng)和電磁力脈動(dòng)。同時(shí)，對軸承進(jìn)行了優(yōu)化選型