[发明专利]一种用于降低分数槽集中绕组永磁电机电磁振动的方法

权利要求书

1.一种用于降低分数槽集中绕组永磁电机电磁振动的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，基于奈奎斯特-香农采样定理，推导永磁电机电磁力调制效应的数学表达；

步骤2，评估各阶次电磁力对分数槽集中绕组永磁电机电磁振动的贡献度；

步骤3，建立永磁磁通密度的等效模型，探究不同磁通密度谐波间的相位关系；

步骤4，依据麦克斯韦应力方程，获取磁通密度谐波与主要电磁力谐波间的映射关系，同时得到电磁力谐波分量间的相位关系；

步骤5，合理设计电机磁极结构，利用永磁电机中的磁通密度谐波用于降低电磁力谐波幅值；

步骤6，建立多物理场电磁振动仿真模型，验证永磁电机电磁振动抑制效果；

所述永磁电机为12槽10极的三相表贴式永磁电机，包括定子、气隙、转子；定子中包括定子轭部、定子齿部、定子齿部之间的定子槽与定子槽内的电枢绕组，定子铁芯的材料为硅钢片，电枢绕组采用分数槽集中式绕制方式；气隙介于定子和转子之间；转子上均匀开孔，转子铁芯的材料为硅钢片，在圆筒状转子铁芯表面贴有永磁体，表贴永磁体截面呈矩形，永磁体磁极采用分三块处理，其中每一磁极两侧的磁体剩磁密度高于中间磁体剩磁密度；

步骤1的具体步骤包括：

首先对永磁电机气隙径向力密度谐波进行傅里叶变换，然后对采样信号进行傅里叶分解；调制电磁力密度的输出信号可以表示为电磁力密度与采样信号相乘，利用频域卷积定理，将调制电磁力密度表示出来；根据奈奎斯特-香农采样定理，当电磁力的空间阶次大于定子齿数的一半时，此时电磁力的空间阶次将会发生变化，高阶次的电磁力谐波被调制为低阶次的电磁力分量。

2.根据权利要求1所述的用于降低分数槽集中绕组永磁电机的电磁振动方法，其特征在于，步骤2的具体步骤包括：

将电机的定子等效为圆环结构，可以得到永磁电机振动位移与电磁力的空间阶次的数学关系；当电磁力的空间阶次v≥2时，等效圆环结构的振动位移大致与电磁力空间阶次的四次方成反比；因此，空间阶次较高的电磁力对振动的影响通常被忽略，将高阶次的电磁力谐波将会被调制为低阶次的电磁力分量，通过计算可以比较不同阶次的电磁力谐波对永磁电机电磁振动的贡献程度。

3.根据权利要求1所述的用于降低分数槽集中绕组永磁电机的电磁振动方法，其特征在于，步骤3的具体步骤包括：

将永磁磁通密度波形近似等效为方波信号，获得磁通密度谐波的空间阶数和相应的初始相位角，由于方波信号满足Dirichlet条件，求得方波信号函数的Fourier系数；由此可以得到永磁径向磁通密度谐波的空间阶数及其对应的初始相位角，以及各谐波磁通密度谐波间的相位关系，由于永磁径向磁通密度谐波的初始相位角比切向磁通密度谐波提前π/2rad相位角，因此得到永磁切向磁通密度谐波的空间阶次以及初始相位角。

4.根据权利要求1所述的用于降低分数槽集中绕组永磁电机的电磁振动方法，其特征在于，步骤4的具体步骤包括：

获取主要电磁力谐波分量间的相位关系，同得到磁通密度谐波与主要电磁力谐波间的映射关系；根据麦克斯韦应力张量法，表示出径向和切向电磁力与径向和切向磁通密度之间的数学关系，由于磁通密度是随时间和空间变化的函数，因此各阶次的电磁力谐波也是具有特定的空间阶次，时间频率和初始相位角；相同空间阶次和时间频率的电磁力谐波间具有不同的初始相位角，这些电磁力谐波间存在叠加或抵消的作用，将各阶磁通密度谐波表示为空间阶次、时间频率和初始相位角的函数，并依据麦克斯韦张量法可以得到磁通密度谐波与主要电磁力谐波间的映射关系，以及电磁力谐波分量间的相位关系。

5.根据权利要求1所述的用于降低分数槽集中绕组永磁电机的电磁振动方法，其特征在于，步骤5的具体步骤包括：

由于电磁力谐波间存在相位叠加或抵消的作用，通过分析得到起抵消作用的电磁力分量的磁通密度谐波来源，将永磁体每一个磁极进行分三段出来，并且两端的永磁体材料剩磁高于中间永磁体剩磁，以达到磁场谐波注入的效果；注入的永磁磁通密度谐波产生的电磁力将抵消由基波磁场产生的电磁力，达到降低合成径向力和电磁振动的效果。

6.根据权利要求1所述的用于降低分数槽集中绕组永磁电机的电磁振动方法，其特征在于，步骤6的具体步骤包括：

建立多物理场电磁振动仿真模型，验证永磁电机电磁振动抑制效果，本发明将采用Flux和LMS Virtual.Lab Acoustics两种场数值计算软件协同进行电机电磁振噪的仿真计算，在Flux电磁有限元仿真软件中设置优化后的分数槽集中绕组永磁电机的各项参数，另外导出电机受力矢量模型数据，其可以和振动仿真软件LMS Virtual.Lab Acoustics无缝连接；从电磁力和永磁电机的振动模态分析入手，建立永磁电机的电磁分析和三维结构动力学仿真模型，利用Ansys有限元仿真软件分析电机的结构振动模态及谐响应，研究电机径向电磁力频谱成份跟电机主要(低阶)振动模态之间的关系，预测振动的程度，验证永磁电机电磁振动抑制效果。