[发明专利]一种减小内置式永磁电机噪声的转子辅助槽优化设计方法

说明书

本发明公开了一种减小内置式永磁电机振动噪声的转子辅助槽优化设计方法，具体包括根据实际设计要求确定内置式电机的尺寸，本说明书中内置式电机采用单层V型内嵌结构；转子表面采用双辅助槽结构，并利用多目标优化算法对双辅助槽结构进行优化处理。本发明利用转子辅助槽结构对气隙磁密分布进行局部调整，可显著降低气隙磁密中对振动噪声起主要作用的谐波含量，进而改善气隙磁场中的电磁力谐波含量；再结合多目标骨干粒子群算法选取最优的辅助槽结构和位置点，获得最优的电磁力分布情况，明显改善内置式永磁电机在多工况、宽速域运行过程中的振动噪声情况，从而提升电机运行的稳定性。

技术领域

本发明涉及到一种减小内置式永磁电机振动噪声的转子辅助槽优化设计方法，属于新型高品质永磁电机制造的技术领域。

背景技术

内置式永磁同步电机具有高功率密度、高转子强度、宽弱磁调速能力、低永磁体涡流损耗以及高效率等特点，广泛应用在新能源汽车生产领域。随着市场对于新能源汽车的需求持续上升，内置式永磁电机的高品质要求也进一步提高。噪声污染是环境污染的一种，已经成为对人体健康的一大危害，因此新能源车用电机的低振噪要求也越来越高。降低由电机产生的电磁振噪，对于降低整车的振动噪声极具意义，能有效提升驾车运行中的舒适感，提升用户的使用感受。

目前应用在电机多目标优化的方法主要是转换法和等效为极值问题方法，其中后者和优化算法相结合应用十分广泛。常用的优化算法有遗传算法、模拟退火算法、田口法以及粒子群算法等。粒子群算法从鸟群捕食行为中提取灵感，往往是从一个随机解出发，通过不断迭代搜索的方法搜寻到最优值。该方法原理简单，没有过多的参数需要调整，计算速度快，在电机设计领域提供了一种省时省力的优化新方法。此前，多目标粒子群算法在电机设计领域多用于优化转矩脉动、提升平均转矩，但是并未利用在优化电机振动噪声方面。

现有的永磁电机低振动噪声设计方法主要都是优化气隙磁场，使得气隙磁密波形更加正弦，从而优化各阶次磁密谐波分布达到改善转矩脉动，改善振动噪声的目标。但是这些方法对于优化永磁电机振动噪声不具备针对性，因此除了降低噪声以外，对电机平均转矩也有较大牺牲。

文献Asymmetric Rotor Design of IPMSM for Vibration Reduction UnderCertain Load Condition[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,vol.35,no.2,pp.928-937,June 2020.介绍了一种不对称内置式转子结构，虽然这种结构可以优化气隙磁密的正弦度，降低转矩脉动，从而优化特定阶次的径向电磁力谐波分量。但是该设计的鲁棒性较差，对于加工精度要求很高。此外，该方法还会增加电磁力谐波中的最低阶分量，在某些程度上可能会恶化振动噪声情况。

中国发明专利申请号CN201821765157.3公开了一种低振动永磁电机的转子结构，该发明采用内置式转子铁心偏心结构进行噪声优化，在优化气隙磁密的同时还可以抑制转矩脉动。但是该方法会牺牲平均转矩，且若是应用在分数槽内置式永磁电机中甚至会恶化振动情况。因此，该方法的普适性较差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种减小内置式永磁电机振动噪声的转子辅助槽优化设计方法。该方法易于加工，操作简单，降低振动噪声效果显著，且能够降低永磁电机的转矩脉动，在新能源汽车驱动领域具有较好的应用前景。

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的：

一种减小内置式永磁电机振动噪声的转子辅助槽优化设计方法，具体步骤如下：

步骤1，首先根据电机多运行工况的需求，确定电机的槽极配合72槽12极、绕组连接方式采用星形连接整数槽分布绕组方案以及单层V型内置式的永磁体结构；

步骤2，根据电机的功率尺寸方程和装配要求，确定电机的详细尺寸参数，通过有限元软件对电机的多运行工况进行电磁模型建立，验证各工况下仿真性能是否满足实际需求；