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校对晓丹图片来源：非晶中国大数据库非晶合金电机因其响应迅速、运行平稳、损耗低等优点，近些年开始应用于转杯纺纱领域。由于非晶合金材料具有硬度高、薄且脆、对机械应力敏感等特点，采用非晶合金制作的电机定子在运行时产生的电磁振动较其他材料更大，目前应用多以简单结构的定子为主。
东华大学机械工程学院徐洋等针对转杯纺纱外转子电机的特点，利用非晶合金电机响应迅速、运行平稳、损耗低等优点，设计非晶合金外转子无槽直流电机。采用弱磁固耦合的方法，对非晶合金电机定子结构进行电磁振动特性研究。建立外转子无槽直流电机二维模型，计算并分析电机的电磁力特性，对电机定子进行模态分析；将瞬态电磁场计算得到的径向电磁力耦合到电机定子上，采用有限元方法对非晶合金电机定子进行电磁振动响应分析，将计算结果与传统硅钢外转子电机的电磁振动特性进行对比。相关研究成果于年12月15日在《现代电子技术》第44卷第24期中发表。
研究人员以1台功率为22W，转速为r/min的转杯纺纱用外转子无槽高速非晶合金电机为研究对象，首先建立电机二维瞬态场有限元模型，模拟出电机负载稳态工作下的径向电磁力；其次，利用ANSYS有限元软件建立非晶合金定子三维结构模型并对其进行模态分析。再将Maxwell瞬态电磁场计算得到的径向电磁力耦合到非晶合金定子上，计算出非晶合金定子的电磁振动响应。在此基础上，与传统硅钢电机定子电磁振动进行比较分析。根据谐波叠加原理，径向气隙磁密由基波和各次谐波叠加而成。对其进行FFT谐波分析，得到基波及各次谐波的幅值，分析仿真结果发现，傅里叶分解后电机谐波含量比较高的阶次为3，7，9，11，13，可通过优化磁钢结构来降低电机的谐波含量（图1）。径向气隙磁密的平方正比于径向电磁力。因此在径向气隙磁密大的区域，电机径向力也随之增大。计算电机负载稳态运行时的径向电磁力随位置变化（图2）。使用非晶合金材料和硅钢片材料，两者各方向表面加速度随时间变化趋势及峰值时刻均一致，仅幅值有所不同。这是因为电机结构及所处工况固定不变，仅改变电机定子的材料，而电机定子及绕组表面各方向加速度及位移峰值都是由电磁力随时间的变化情况决定。故加速度最大值时变曲线变化规律及趋势不随材料选取而变化（图3）。由仿真结果得出，在两种不同定子铁心材料下，两种电机的电磁振动响应曲线变化趋势一致；在相同固有频率下，非晶合金定子在各个方向上的形变与加速度均大于硅钢电机。该研究对优化非晶合金电机电磁参数和控制方法，降低电机电磁振动具有一定理论意义。
该项工作得到了国家自然科学基金项目的支持。
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