[发明专利]一种电机径向电磁振动场路耦合分析方法

说明书

本发明公开了一种电机径向电磁振动场路耦合分析方法，其包括：a)利用电机的闭口槽有限元模型计算获取永磁体气隙磁场；b)根据永磁体磁场中各次谐波同步旋转的特性；c)根据电机绕组的排布，对电枢反应磁动势进行谐波分析；d)针对各次谐波磁导获得的磁场模型进行FFT分析，并结合磁动势中的时间谐波次数、旋转方向，获得各次谐波磁场的空间次数、旋转方向、初始相位与磁场幅值；e)对于步骤a)‑‑d)中分析得到的所有谐波磁场进行矢量合成；f)作用在定子表面的径向力波，通过定子齿调制作用传递到轭部产生振动；g)采用扫频法对定子模态进行扫描分析，得到各低阶次的共振频率。本发明对于电机径向电磁振动来源的定位更加精确，可以快速地对振动特性进行评估。

技术领域

本发明涉及一种电机径向电磁振动场路耦合分析方法。

背景技术

高功率密度、高转矩密度电机在新能源汽车、军事装备、自动化生产线、先进生产等应用场合均有非常广泛的应用前景。为实现高功率密度、高转矩密度设计要求，一方面要求增强电机气隙中的磁场强度，以提高电磁材料利用率；另一方面要求减少电机的有效材料，以减轻电机重量。这两方面因素都会给电机的电磁径向振动带来较大的影响。气隙磁场强度的增加，使得电机径向立波的幅值也显著增加，而重量的减轻，使得电机各阶共振频率降低，这些因素会增加电机的径向电磁振动，并可能引起较为明显的电磁噪音，这是高功率密度、高转矩密度电机目前面临的主要技术问题之一。由于振动与噪音分析涉及到电机电、磁、结构等多学科交叉问题，对其进行有效评估是目前电机设计分析的主要技术难点之一。因此，有效的振动分析手段与方法，对于实现其高性能指标具有重大意义。

目前对于电磁径向力波引起的电机振动与噪音，一般采用多场耦合算法进行仿真分析。首先，利用电磁场仿真分析软件获得电机气隙中的谐波磁场，然后对谐波磁场进行FFT分析，得到磁场的空间阶数与磁场幅值，最后利用Maxwell应力张量法获得径向电磁力波，如图1所示。利用结构分析软件，将该力波作为激励作用在定子表面，可以获得电机定子的形变，这种方法虽然可以获得形变频谱，但是无法有效获取振动的时域频谱。

图1 是传统电机力波、定子形变分析流程图；为了能够有效获取各振动分量的时间与空间阶数，有必要对径向力波的时间与空间阶数进行数值分析，进一步地，需要对构成力波分量的各磁场谐波的时间与空间谐波进行分析。通用的方法是利用有限元法获得磁场的基波、相带谐波以及齿谐波分量，然后相互作用产生径向力波，如图2所示。在这种方法里，通常齿谐波是主要的谐波磁场成分，他们被视为径向电磁力波的主要构成因素，也一直被认为是径向电磁振动的主要来源。

图2是径向力波时间次数、空间阶数、幅值的分解图；但是，根据齿效应理论，定子齿谐波磁场并不在定子表面产生相应的径向力波分量。图3所示，从槽口进入定子铁心的磁场主要经过定子槽靴、槽身和槽底等区域，经过槽底部分（如f所示）一般数值极小可忽略。通过槽身与槽靴部（如c、e所示）为的磁场一般主要作用产生切向的力波，对径向振动的影响较小。若进一步忽略通过槽肩部分（如d所示）的磁场以及槽两边（如b所示）的边缘效应，定子齿谐波对径向力波的影响可忽略不计，事实上，定子齿开槽对振动的影响主要体现在对径向力波的调制现象上。为了考虑这些因素，就必须要对现有的电磁径向振动分析方法进行较大的调整。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种电机径向电磁振动场路耦合分析方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种电机径向电磁振动场路耦合分析方法，其包括以下步骤：

a) 利用电机的闭口槽有限元模型计算获取永磁体气隙磁场；

b) 根据永磁体磁场中各次谐波同步旋转的特性，对谐波磁场进行FFT分析，并得到各次谐波的空间、时间谐波次数和对应谐波磁场的幅值；

c) 根据电机绕组的排布，对电枢反应磁动势进行谐波分析，得到各次磁动势的空间阶数、旋转方向、初始相位、磁动势幅值；