[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

说明书

本发明公开了一种用于降低分数槽集中绕组永磁电机电磁振动的方法，为该类型永磁电机低振动设计提供参考。方法实施包括基于奈奎斯特‑香农采样定理，得到电磁力在气隙中的调制效应，明确对分数槽集中绕组永磁电机电磁振动贡献最大的电磁力分量；建立永磁磁密的等效解析模型，获取各阶次磁密谐波间的相位关系；根据麦克斯韦应力方程得到各阶次磁密谐波与电磁力谐波的内在关联；合理设计永磁电机磁极结构，注入特定的磁密谐波，降低分数槽集中绕组永磁电机电磁力和电磁振动。本发明不增加电机加工难度和成本，利用磁密谐波和电磁力之间的内在关联，通过合理设计磁极结构，将磁密谐波加以利用，有效降低了永磁电机电磁振动表现。

技术领域

本发明属于永磁电机设计与制造领域，尤其涉及到一种用于降低分数槽集中绕组永磁电机电磁振动的方法。

背景技术

分数槽集中绕组永磁电机具有高效率、高功率密度、宽调速范围、低转矩脉动和强容错能力等优点，在航空航天、电动汽车、舰船推进系统等领域得到广泛关注和应用。随着永磁电机产业的发展,各应用场合对永磁同步电机的性能提出了越来越高的要求，电机的电磁振动问题也逐渐成为了研究人员关注的热点。尤其是分数槽集中绕组永磁电机具有特殊的绕组结构，气隙内存在着更为丰富的磁场和电磁力谐波成分，该电机的电磁振动问题严重制约了它在汽车、家用电器、医疗器械等应用场合。因此，研究永磁同步电机电磁振动及其激振源的相关问题对于提高电机的综合性能和产品竞争力具有十分重要的现实意义。

国内外学者对永磁电机减振降噪的研究已取得了一定的成果。中国发明专利《电动汽车永磁同步电机宽范围调速振动噪声源分析方法》(专利号CN201810458703.7)公开了一种电动汽车永磁同步电机宽范围调速振动噪声源分析方法，对车用永磁同步电机振动噪声进行精确分析，但该方法并不适用于电磁力谐波成分更为丰富的分数槽集中绕组永磁电机。中国发明专利《一种削弱永磁电机振动的定子结构》(专利号CN201721087818.7)公开了一种削弱永磁电机振动的定子结构，包括：电机机座、阻尼层和定子铁芯；其中，阻尼层设置于电机机座与定子铁芯之间。该方法对电机的振动传递路径进行阻隔，并非从产生电机振动噪声的源头进行分析与抑制。中国发明专利《一种电机电磁振动噪声的计算方法》 (专利号CN201811227208.1)公开了一种电机电磁振动噪声的计算方法，但是该方法并未对永磁电机的振动噪声的抑制方法进行研究。中国发明专利《一种低振噪性能的分数槽集中绕组永磁电机及设计方法》(专利号CN201710849041.1)公开了一种低振噪性能的分数槽集中绕组永磁电机及设计方法。该方法在原有的槽极配合的电机基础上，相应的增加几个定子附加齿有效地降低了电机的噪声水平。但该方法增加了电机绕线的难度，同时极大地影响了电机的输出转矩性能。并且该方法仅适用于特定的槽极配合和绕组类型，不具有通用性。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种用于降低分数槽集中绕组永磁电机电磁振动的方法，主要包括基于奈奎斯特-香农采样定理，推导永磁电机电磁力调制效应的数学表达；评估对分数槽集中绕组永磁电机贡献最大的电磁力分量；建立永磁磁通密度的等效模型，推导不同磁通密度谐波间的相位关系；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；合理设计电机磁极结构，利用永磁电机中的磁通密度谐波含量，有效降低电磁力幅值；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。在不增加加工难度和成本的前提下，提出了一种磁场谐波利用型的降低永磁电机电磁振动的有效方案。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种用于降低分数槽集中绕组永磁电机电磁振动的方法，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，评估对分数槽集中绕组永磁电机贡献最大的电磁力分量；

步骤3，建立永磁磁通密度的等效模型，推导不同磁通密度谐波间的相位关系；