[發(fā)明專利]電動汽車永磁同步電機寬范圍調速振動噪聲源分析方法

有效

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• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108539935B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 李曉華;劉成建;田曉彤;汪月飛;趙文彬;李峰;高源;盧武
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: H02K15/00
• 分類號: H02K15/00
• 代理公司: 31001 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根;徐穎

1.一種電動汽車永磁同步電機寬范圍調速振動噪聲源分析方法，具體包括如下步驟：

1)理論分析了永磁同步電機電磁力波特征參數(shù)和各階力波的諧波來源，特征參數(shù)包括力波階數(shù)r，力波頻率f_r和力波幅值

2)建立永磁同步電機電磁場和結構場強耦合模型，進行電磁場與結構場耦合仿真分析，計算其寬范圍調速下振動噪聲頻譜特性；

3)針對所研究永磁同步電機對象，根據(jù)步驟1)進行特征參數(shù)和各階力波的諧波來源分析，理論推導所研究永磁同步電機對象的主要振動噪聲源；

4)對所研究永磁同步電機對象進行實驗測試，得到實驗數(shù)據(jù)，利用實驗數(shù)據(jù)對比仿真數(shù)據(jù)和理論推導，進行驗證步驟3)振動噪聲源結論；

其特征在于，所述步驟1)具體步驟如下：

1.1)推導永磁同步電機氣隙磁場，不考慮鐵芯磁阻和飽和的影響，正弦電流供電時氣隙磁密的表達式為：

其中，f_μ(θ,t)＝F_μcos(μpθ-μωt)為μ次轉子永磁體諧波磁動勢，μ＝1,3,5…，p為電機極對數(shù)；ω為基波磁勢角頻率；F_μ為轉子永磁體μ次諧波磁動勢幅值，θ為電機機械角度；

f_ν(θ,t)＝F_νcos(νpθ-ωt-φ_ν)為定子v次諧波磁動勢，v＝1,5,7,11,13…；F_v為轉子永磁體μ次諧波磁動勢幅值，φ_v為v次定子電樞諧波初相位；

為氣隙磁導函數(shù)；式中Λ₀為氣隙磁導函數(shù)的恒定分量，Λ_k為氣隙磁導的諧波分量，k＝1,2,3…為氣隙磁導諧波次數(shù)，z為定子槽數(shù)；為平均磁導調制產生的轉子磁場在氣隙中的磁密，為開槽磁導調制產生的轉子磁場在氣隙中的磁密；為平均磁導調制產生的定子磁場在氣隙中的磁密，為開槽磁導調制產生的定子磁場在氣隙中的磁密；B_pm為平均磁導調制產生的轉子磁場在氣隙中的磁密與開槽磁導調制產生的轉子磁場在氣隙中的磁密之和，B_s為平均磁導調制產生的定子磁場在氣隙中的磁密與開槽磁導調制產生的定子磁場在氣隙中的磁密之和；

1.2)按照麥克斯韋應力張量法并忽略切向磁通密度，單位面積上徑向電磁力波的瞬時值表達式為：

p_r(θ,t)是定子內表面單位面積上的徑向電磁力密度，單位為N/m²；b(θ,t)為氣隙磁密，μ₀＝4π×10^-7H/m為真空磁導率；p_pm為轉子磁場相互作用產生的電磁力密度，p_s為定子磁場相互作用產生的電磁力密度，p_pm-s為定轉子磁場互相作用產生的電磁力密度；

1.3)推導轉子磁場相互作用產生電磁力密度特征參數(shù)，

轉子磁場相互作用產生的電磁力密度p_pm為：平均磁導調制的轉子磁場相互作用產生的電磁力波平均磁導調制的轉子磁場和定子開槽磁導調制的轉子磁場相互作用產生的電磁力波定子開槽磁導調制的轉子磁場相互作用產生的電磁力波之和；

整理電磁力特征參數(shù)如表1所示，

表1

其中n為電機的轉速，p為電機的極對數(shù)；為平均磁導調制的轉子磁場氣隙磁密；為開槽磁導調制的轉子磁場氣隙磁密；μ₁和μ₂分別代表相互作用的兩個相互作用轉子磁場的諧波次數(shù)，與μ同含義；當μ₁和μ₂相等時，用μ代替；

1.4)推導定轉子磁場相互作用產生電磁力波特征參數(shù)，

定轉子磁場互相作用產生的電磁力密度p_pm-s為：平均磁導調制的定轉子磁場相互作用引起的電磁力波平均磁導調制的轉子磁場和定子開槽磁場調制的定子磁場相互作用產生的電磁力波定子開槽調制產生的轉子磁場和平均磁導調制定子磁場相互作用產生的電磁力波定子開槽磁導調制產生的定轉子磁場相互作用產生的電磁力波之和；

整理電磁力波特征參數(shù)如表2所示定轉子磁場相互作用產生徑向力波的特征參數(shù)表，

表2

1.5)推導定子磁場相互作用產生電磁力波特征參數(shù),

定子磁場相互作用產生的電磁力密度p_s為：平均磁導調制的定子磁場相互作用產生的電磁力波平均磁導調試的定子磁場和定子開槽磁導調制的定子磁場相互作用產生的電磁力波定子開槽磁導調制的定子磁場相互作用產生的電磁力波之和；

整理電磁力波特征參數(shù)如表3所示定轉子磁場相互作用產生徑向力波的特征參數(shù)表，

表3

其中為平均磁導調制的定子磁場氣隙磁密，為開槽磁導調制的定子磁場氣隙磁密；v₁和v₂分別代表相互作用的兩個相互作用定子電樞磁場的諧波次數(shù)，與v同含義；當v₁和v₂相等時，用v代替。

2.根據(jù)權利要求1所述電動汽車永磁同步電機寬范圍調速振動噪聲源分析方法，其特征在于，所述步驟2)具體步驟如下：

2.1)在Maxwell有限元仿真軟件中以永磁同步電機具體結構參數(shù)建立永磁同步電機2D電磁有限元模型；

2.2)在SolidWorks設計軟件中以永磁同步電機具體結構參數(shù)建立永磁同步電機3D定子結構模型；

2.3)在Workbench有限元仿真軟件中設置永磁同步電機材料參數(shù)，對永磁同步電機進行模態(tài)分析,模態(tài)分析得到電機定子結構的固有頻率和振型；

2.4)在Workbench有限元仿真軟件中設置永磁同步電機材料參數(shù)，建立永磁同步電機電磁場和結構場強耦合模型，進行電磁場與結構場耦合仿真分析，計算其寬范圍調速下振動噪聲頻譜特性。