[發(fā)明專利]內(nèi)置式永磁同步電機負(fù)載電磁激振力波的計算方法

有效

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• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111241735B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王秀和;張鑫;趙文良;邢澤智
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;H02K21/02;H02K21/14
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 李琳

本公開提供了一種內(nèi)置式永磁同步電機負(fù)載電磁激振力波的計算方法，利用有限元對空載情況的氣隙磁密進行計算，得出空載情況下磁動勢和磁導(dǎo)的關(guān)系；利用凍結(jié)磁導(dǎo)率的方法，仿真得到電樞磁場的d軸磁導(dǎo)模型，根據(jù)模型準(zhǔn)確計算負(fù)載情況下繞組單獨作用產(chǎn)生的磁動勢和磁導(dǎo)關(guān)系，求得繞組產(chǎn)生的氣隙磁密；利用疊加原理將永磁體和電樞繞組產(chǎn)生的氣隙磁密疊加起來，得到內(nèi)置式負(fù)載氣隙磁密表達式；根據(jù)麥克斯韋張量法，將磁動勢和氣隙磁導(dǎo)各分量結(jié)果代入電磁力密度表達式中，準(zhǔn)確得到不同頻率、不同階次下的各力波幅值。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于永磁同步電機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)置式永磁同步電機負(fù)載電磁激振力波的計算方法。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

噪聲污染與空氣污染、水污染和固體廢棄物污染并稱為當(dāng)今世界四大污染。噪聲污染是環(huán)境污染的一種，現(xiàn)已成為對人類的一大危害，長期在噪聲環(huán)境中工作會引起人體神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和消化系統(tǒng)一系列的生理、病理變化。近年來，永磁同步電機由于其結(jié)構(gòu)簡單、效率高、功率密度大等諸多優(yōu)點，在各個領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。隨著永磁同步電機技術(shù)的推進和發(fā)展，電機的性能、精度等各項指標(biāo)已經(jīng)成為眾多學(xué)者關(guān)注和研究的方面。在其他性能相同的情況下，振動噪聲指標(biāo)的大小直接反映了一臺永磁電機質(zhì)量的優(yōu)劣，低振動噪聲電機不僅能提高電機運行的精度，同時能減低對人體感官的刺激。作為電機振動和噪聲的主要來源，電機的電磁振動是由電機氣隙磁場作用于電機定子鐵心產(chǎn)生的隨時間和空間變化的電磁激振力波所激發(fā)的，所以對電磁激振力波的準(zhǔn)確分析和計算成為電機電磁振動分析的關(guān)鍵。

電磁激振力波求解的關(guān)鍵是電機氣隙磁場的求解，目前針對氣隙磁場和激振力波的計算和分析主要采用三種方法：解析法、磁動勢-磁導(dǎo)法、有限元法。磁動勢-磁導(dǎo)法根據(jù)氣隙磁密等于磁動勢乘磁導(dǎo)原理，可以給定電磁激振力波的頻率、階次和相位，并且能夠推導(dǎo)出對應(yīng)階次電磁力波產(chǎn)生項，此方法存在局限性，不能得到電磁力波的準(zhǔn)確值，只能定型分析不能定量分析，應(yīng)用范圍受到限制；磁場解析法雖可方便地進行氣隙磁場和振動力波的計算，但在考慮鐵心的飽和以及齒槽復(fù)雜形狀時，將使得計算周期加長且計算精度下降，并且此方法具有一定難度，不易快速準(zhǔn)確計算；而有限元法能考慮飽和等多種因素的影響，可較準(zhǔn)確地進行氣隙磁場和電磁力密度的計算，但是不能夠有效分析激振力波的來源，不能夠推導(dǎo)出具體激振力波的來源項，有限元方法只能定量分析，不能夠定性分析。

上述計算電磁力的三種方法各有其優(yōu)缺點，都不能準(zhǔn)確確定各電磁力波包括幅值、轉(zhuǎn)速、頻率和相位在內(nèi)的完整表達式，既不能準(zhǔn)確評估單個電磁力波對振動的影響，也不能準(zhǔn)確評估各電磁力波對振動的總體效應(yīng)，不利于電磁振動的分析和削弱。

對于內(nèi)置式永磁電機，由于轉(zhuǎn)子內(nèi)部存在飽和和空氣隙，所以轉(zhuǎn)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)會對電磁磁場產(chǎn)生影響，同時在不同電流幅值大小、不同功角下影響各不相同，這就給推導(dǎo)內(nèi)置式永磁電機負(fù)載磁場帶來一定難度，在現(xiàn)有的通過有限元方法中，可以求得負(fù)載氣隙磁密準(zhǔn)確值，但此方法不能夠推導(dǎo)出各項氣隙磁密產(chǎn)生原因，也同時不能夠有效分析電磁激振力波具體來源。

發(fā)明內(nèi)容

本公開為了解決上述問題，提出了一種內(nèi)置式永磁同步電機負(fù)載電磁激振力波的計算方法，本公開同時考慮到轉(zhuǎn)子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的負(fù)載多樣性，利用凍結(jié)磁導(dǎo)率的方法，結(jié)合等效d軸磁阻模型，來計算電樞磁場。本方法能夠考慮電機復(fù)雜結(jié)構(gòu)和鐵心飽和的影響，準(zhǔn)確地確定包括幅值、轉(zhuǎn)速、頻率和相位在內(nèi)的各階徑向電磁力波。

根據(jù)一些實施例，本公開采用如下技術(shù)方案：

一種內(nèi)置式永磁同步電機負(fù)載電磁激振力波的計算方法，包括以下步驟：

利用有限元對空載情況的氣隙磁密進行計算，得出空載情況下磁動勢和磁導(dǎo)的關(guān)系；

利用凍結(jié)磁導(dǎo)率的方法，仿真得到電樞磁場的d軸磁導(dǎo)模型，根據(jù)模型準(zhǔn)確計算負(fù)載情況下繞組單獨作用產(chǎn)生的磁動勢和磁導(dǎo)關(guān)系，求得繞組產(chǎn)生的氣隙磁密；