偏心对电机振动和噪声的影响研究

在工程实际中，由于加工及装配工艺的限制，定转子轴线不可能完全重合，因此会存在不同程度的转子偏心。电机中的转子偏心分为静偏心和动偏心。静偏心主要由定子铁心椭圆、定子或转子安装位置偏差等因素引起的，其特点是最小气隙的位置不变。动偏心是由转子轴弯曲、轴承磨损、极限转速下的机械共振等因素引起的，其特点是转子的中心不是旋转的中心，最小气隙位置随转子的旋转而变化。

图4-17 永磁辅助同步磁阻电机在不同载波频率下的噪声频谱

a）载波频率5kHz b）载波频率4.6kHz

图4-18所示为电机静偏心时的电磁力对比示意图，无偏心时，气隙大小均匀，对称的A、B两点磁通密度波形一致，两点电磁力差值为零。但如果存在静偏心，则A、B两点磁通密度波形不一致，电磁力差值不为零，因此会引入新的电磁力，使得电机振动和噪声变大。

图4-18 电机有无偏心时示意图及电磁力比较

a）无偏心 b）静偏心 c）无偏心和静偏心时电磁力比较

图4-19所示为12槽8极电机有无偏心状态下作用于定子内表面电磁力的分布情况，无偏心时，电机产生电磁力阶数主要为4阶和8阶，且电磁力圆周对称，转子受力均匀。当存在动偏心时，气隙不一致导致磁通密度不一致，使得电磁力不对称，转子受力不均，因此将引入一系列新的电磁力，这些新的电磁力阶数及频率与原有电磁力不同，从而使得电机电磁力谐波更多，引起更大的电机振动和噪声问题。

研究表明，永磁辅助同步磁阻电机在产生静偏心时，转子永磁体气隙磁场的幅值和次数发生改变，进而影响定、转子磁场相互作用产生的电磁力幅值和阶数，但电磁力的频率不发生改变，静偏心时产生的电磁力阶数、频率情况见表4-9。

图4-19 12槽8极无偏心及动偏心状态下电磁力分布比较(www.xing528.com)

a）无偏心 b）动偏心

表4-9 静偏心时产生电磁力的阶数、频率

而动偏心时，电磁力的频率与旋转频率f₀产生调制，使得产生的电磁力的幅值、阶数和频率均发生改变，使永磁辅助同步磁阻电机电磁力的幅值增大、阶数频率增多，从而使永磁辅助同步电机的振动和噪声增大。动偏心时，定、转子磁场相互作用产生的电磁力的阶数、频率情况见表4-10。

表4-10 动偏心时产生电磁力的阶数、频率

当电机存在动偏心时，对电机电磁力的影响主要两方面：一方面是改变原有电磁力幅值，使得电机振动和噪声发生改变；另一方面是新增一系列不同频率不同阶数的电磁力，这些新增的电磁力阶数为原有电磁力阶数±1，频率为原有电磁力频率±f₀，使得电机振动和噪声增加。

图4-20所示为一台36槽6极永磁辅助同步磁阻电机动偏心时，新增电磁力幅值随偏心率的变化情况，其中偏心率为偏心量与气隙宽度的比值，（5，6f₀）表示电磁力阶数r=5，电磁力频率为6f₀。可以看出，这些新增电磁力在不偏心时幅值基本为零，但随着偏心量的增大，电磁力幅值基本呈线性增大的趋势。因此，电机偏心越严重，新增电磁力幅值越大，引起的电磁振动和噪声越明显。

图4-20 新增电磁力幅值随偏心率的变化情况