[发明专利]内置式永磁同步电机负载电磁激振力波的计算方法

说明书

本公开提供了一种内置式永磁同步电机负载电磁激振力波的计算方法，利用有限元对空载情况的气隙磁密进行计算，得出空载情况下磁动势和磁导的关系；利用冻结磁导率的方法，仿真得到电枢磁场的d轴磁导模型，根据模型准确计算负载情况下绕组单独作用产生的磁动势和磁导关系，求得绕组产生的气隙磁密；利用叠加原理将永磁体和电枢绕组产生的气隙磁密叠加起来，得到内置式负载气隙磁密表达式；根据麦克斯韦张量法，将磁动势和气隙磁导各分量结果代入电磁力密度表达式中，准确得到不同频率、不同阶次下的各力波幅值。

技术领域

本公开属于永磁同步电机技术领域，具体涉及一种内置式永磁同步电机负载电磁激振力波的计算方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

噪声污染与空气污染、水污染和固体废弃物污染并称为当今世界四大污染。噪声污染是环境污染的一种，现已成为对人类的一大危害，长期在噪声环境中工作会引起人体神经系统、心血管系统、内分泌系统和消化系统一系列的生理、病理变化。近年来，永磁同步电机由于其结构简单、效率高、功率密度大等诸多优点，在各个领域展现出广阔的应用前景。随着永磁同步电机技术的推进和发展，电机的性能、精度等各项指标已经成为众多学者关注和研究的方面。在其他性能相同的情况下，振动噪声指标的大小直接反映了一台永磁电机质量的优劣，低振动噪声电机不仅能提高电机运行的精度，同时能减低对人体感官的刺激。作为电机振动和噪声的主要来源，电机的电磁振动是由电机气隙磁场作用于电机定子铁心产生的随时间和空间变化的电磁激振力波所激发的，所以对电磁激振力波的准确分析和计算成为电机电磁振动分析的关键。

电磁激振力波求解的关键是电机气隙磁场的求解，目前针对气隙磁场和激振力波的计算和分析主要采用三种方法：解析法、磁动势-磁导法、有限元法。磁动势-磁导法根据气隙磁密等于磁动势乘磁导原理，可以给定电磁激振力波的频率、阶次和相位，并且能够推导出对应阶次电磁力波产生项，此方法存在局限性，不能得到电磁力波的准确值，只能定型分析不能定量分析，应用范围受到限制；磁场解析法虽可方便地进行气隙磁场和振动力波的计算，但在考虑铁心的饱和以及齿槽复杂形状时，将使得计算周期加长且计算精度下降，并且此方法具有一定难度，不易快速准确计算；而有限元法能考虑饱和等多种因素的影响，可较准确地进行气隙磁场和电磁力密度的计算，但是不能够有效分析激振力波的来源，不能够推导出具体激振力波的来源项，有限元方法只能定量分析，不能够定性分析。

上述计算电磁力的三种方法各有其优缺点，都不能准确确定各电磁力波包括幅值、转速、频率和相位在内的完整表达式，既不能准确评估单个电磁力波对振动的影响，也不能准确评估各电磁力波对振动的总体效应，不利于电磁振动的分析和削弱。

对于内置式永磁电机，由于转子内部存在饱和和空气隙，所以转子内部结构会对电磁磁场产生影响，同时在不同电流幅值大小、不同功角下影响各不相同，这就给推导内置式永磁电机负载磁场带来一定难度，在现有的通过有限元方法中，可以求得负载气隙磁密准确值，但此方法不能够推导出各项气隙磁密产生原因，也同时不能够有效分析电磁激振力波具体来源。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种内置式永磁同步电机负载电磁激振力波的计算方法，本公开同时考虑到转子内部结构的负载多样性，利用冻结磁导率的方法，结合等效d轴磁阻模型，来计算电枢磁场。本方法能够考虑电机复杂结构和铁心饱和的影响，准确地确定包括幅值、转速、频率和相位在内的各阶径向电磁力波。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种内置式永磁同步电机负载电磁激振力波的计算方法，包括以下步骤：

利用有限元对空载情况的气隙磁密进行计算，得出空载情况下磁动势和磁导的关系；

利用冻结磁导率的方法，仿真得到电枢磁场的d轴磁导模型，根据模型准确计算负载情况下绕组单独作用产生的磁动势和磁导关系，求得绕组产生的气隙磁密；