一种用于降低永磁同步电机噪音的电磁仿真方法及电机与流程

1.本发明涉及永磁同步电机技术领域，特别是涉及一种用于降低永磁同步电机噪音的电磁仿真方法及电机。


背景技术：

2.在各类驱动电机中，永磁同步电机能量密度高，效率高、体积小、惯性低、响应快，有很好的应用前景。其加工容易、容错性能好等一系列优点，近几年在新能源汽车领域有着压倒性的市场占有率。定子和转子是永磁同步电机最基本的组成结构。其中，定子由绝缘铜线绕制而成，转子包含永磁体建立电机的主磁场。
3.然而永磁同步电机在实际运行中产生较大噪音。经分析电机噪音源包括机械噪音与电磁噪音，机械噪音主要是由轴承等机械部件的振动以及电机本身的模态问题引起；电磁噪音主要是由电机内部径向力波的频率引起的，径向力波的频率又与转子的偏心、气隙长度以及电机自身变频的供电方式产生的谐波有关。其中，电磁噪音占据主要部分。目前现有的内置式永磁同步电机多采用均匀气隙的结构形式，该类的永磁体磁密波形呈梯形波分布，含有丰富的谐波分量，这会导致附加的震动噪声的产生。同时增加电机损耗影响电机效率，导致电机效率降低。因此目前需要一种用于永磁同步电机的电磁仿真方法用以调节低电磁噪音永磁同步电机定转子，从而实现低噪音高转速的高性能永磁同步电机。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服了现有技术的问题，提供了一种用于降低永磁同步电机噪音的电磁仿真方法及电机。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下方案：
6.一种用于降低永磁同步电机噪音的电磁仿真方法，包括以下步骤：
7.s10在永磁同步电机模型中输入参数设置，参数包括定子电压参数、转子电流参数、转子气隙长度参数、转子弧部参数、和定子轭部参数；
8.s20计算运动方程，根据电磁功率和机械功率求转子转速和角度，并分析电磁功率的误差用来判断是否需要迭代；
9.s30第一次运行电磁仿真得到定子磁链、转子磁链、定子电流与转子电流的仿真结果；
10.s40判断永磁同步电机是否发生动态偏心，作出探测线圈的电压时间历程ui波形图，若ui波形相同相位不同且存在极对数个不等的极大值则存在动态偏心故障，否则无动态偏心故障；
11.s50将s20中的仿真结果进行dq转换；
12.s60依据定转子磁链方程，计算电机电感值，电机电感值确定后，即可依据转子磁链方程计算工作点相对应的转子电流值；
13.s70将结果输出到指定文件，同时监测永磁同步电机的噪音曲线，对永磁同步电机
的噪音波动进行判断；
14.s80将计算所得参数输入仿真模型，再次运行电磁仿真，即可得到在某一特定工作点的永磁同步电机的电磁仿真结果。
15.一种低噪音的高转速永磁同步电机，包括：
16.转子冲片，转子冲片中间位置设有轴孔，转子冲片从内到外依次中心阵列有多个连接孔和磁钢孔，转子冲片四周设有多个弧状凸部，弧状凸部关于转子冲片中心阵列设于转子冲片边缘，弧状凸部之间设有气隙辅助凹槽；
17.定子冲片，定子冲片包括定子轭部和梯形定子齿部，定子齿部由定子轭部的内侧周部沿径向向内延伸形成，定子冲片轭部外侧设有工艺槽。
18.进一步的，气隙辅助凹槽在转子冲片上均匀间隔设置，气隙辅助凹槽于弧状凸部数量之比为1:2。
19.进一步的，弧状凸部数量为m，磁钢孔数量为n，m＝n＝8。
20.进一步的，磁钢孔包括相互接通的矩形部和设于矩形部两侧的第一弧形延伸部、第二弧形延伸部，第一弧形延伸部和第二弧形延伸部相对于矩形部中心线对称，矩形部长轴为8.50mm-8.56mm，矩形部短轴为2.27mm-2.33mm。
21.进一步的，转子冲片外切圆直径为41.2mm-41.22mm，磁钢孔所成八边形的外切圆直接为40.11mm，磁钢孔相对之间距离为34.1mm-34.13mm。
22.进一步的，工艺槽包括第一工艺槽和第二工艺槽，第一工艺槽数量为3个，第一工艺槽两两所对圆心角为120
°
，第二工艺槽数量为1个，第二工艺槽设于第一工艺槽一侧，第二工艺槽与相邻的第一工艺槽所对圆心角为30
°
。
23.进一步的，转子冲片和定子冲片的叠压系数均大于等于0.97，转子冲片和定子冲片的冲片毛刺均不大于0.04mm。
24.与现有的技术相比，本发明具有如下优点：通过该永磁同步电机的电磁仿真方法可实现低噪音高转速的高性能永磁同步电机。该永磁同步电机的转子冲片四周设有多个弧状凸部，弧状凸部关于转子冲片中心阵列设于转子冲片边缘，弧状凸部之间还设有气隙辅助凹槽。通过弧状凸部和气隙辅助凹槽可有效消除奇次谐波的影响，减少电磁噪音的产生，降低电机损耗，提高电机效率。
附图说明
25.下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步详细的说明。
26.图1是本发明的一种用于降低永磁同步电机噪音的电磁仿真方法的流程图。
27.图2是本发明的一种低噪音的高转速永磁同步电机的定子结构示意图。
28.图3是本发明的一种低噪音的高转速永磁同步电机的转子结构示意图。
具体实施方式
29.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
30.实施例一
31.如图1所示，一种用于降低永磁同步电机噪音的电磁仿真方法，包括以下步骤：
32.s10在永磁同步电机模型中输入参数设置，参数包括定子电压参数、转子电流参数、转子气隙长度参数、转子弧部参数、和定子轭部参数；
33.s20计算运动方程，根据电磁功率和机械功率求转子转速和角度，并分析电磁功率的误差用来判断是否需要迭代；
34.s30第一次运行电磁仿真得到定子磁链、转子磁链、定子电流与转子电流的仿真结果；
35.s40判断永磁同步电机是否发生动态偏心，作出探测线圈的电压时间历程ui波形图，若ui波形相同相位不同且存在极对数个不等的极大值则存在动态偏心故障，否则无动态偏心故障；
36.s50将s20中的仿真结果进行dq转换；
37.s60依据定转子磁链方程，计算电机电感值，电机电感值确定后，即可依据转子磁链方程计算工作点相对应的转子电流值；
38.s70将结果输出到指定文件，同时监测永磁同步电机的噪音曲线，对永磁同步电机的噪音波动进行判断；
39.s80将计算所得参数输入仿真模型，再次运行电磁仿真，即可得到在某一特定工作点的永磁同步电机的电磁仿真结果。
40.如图2和3所示，一种低噪音的高转速永磁同步电机，包括：
41.转子冲片1，转子冲片1中间位置设有轴孔3，转子冲片1从内到外依次中心阵列有多个连接孔6和磁钢孔4，轴孔3用于连接转子轴，磁钢孔4用于承载磁钢，由此形成永磁转子。转子冲片1四周设有多个弧状凸部5，弧状凸部5关于转子冲片1中心阵列设于转子冲片1边缘；弧状凸部5可均衡电机内部的磁力线分布，以此降低转子转动时产生的转矩脉动，从而减少电磁噪音的产生，降低电机损耗，提高电机效率。
42.定子冲片2，如图2所示，定子冲片2包括定子轭部201和梯形定子齿部202，定子齿部202由定子轭部201的内侧周部沿径向内延伸形成，定子冲片2轭部201外侧设有工艺槽。定子冲片2使转子磁路不饱和，保证气隙磁场稳定而平滑，能够有效地控制气隙磁场稳定平滑。定子齿部202可有效地减少磁阻和紧固通电的导体受到横向力位移，从而减少振动和电磁噪音。从而减少了齿槽转矩和磁场波动，减少了振动和噪音，并提高转矩常数，满足负载突变时的承载能力。
43.优选的，弧状凸部5之间设有气隙辅助凹槽7。通过气隙辅助凹槽7可有效消除奇次谐波的影响，减少电磁噪音的产生，降低电机损耗，提高电机效率。
44.优选的，气隙辅助凹槽7在转子冲片1上均匀间隔设置，气隙辅助凹槽7与弧状凸部5数量之比为1:2。通过气隙辅助凹槽7保证气隙磁场稳定而平滑，能够有效地控制气隙磁场稳定平滑。减少电磁噪音的产生，降低电机损耗，提高电机效率。
45.优选的，弧状凸部5数量为m，磁钢孔4数量为n，m＝n＝8。
46.优选的，如图2和3所示，磁钢孔4包括相互接通的矩形部401和设于矩形部401两侧的第一弧形延伸部402、第二弧形延伸部403，第一弧形延伸部402和第二弧形延伸部403相对于矩形部401中心线对称。在本实施例中，相邻磁钢孔4的第一弧形延伸部402和第二弧形延伸部403距离为1mm。弧状凸部5、第一弧形延伸部402和第二弧形延伸部403对磁场的定向调制作用，使得电机磁场更加正弦，降低了谐波含量，从而大大改善了电机运行过程中产生
的噪音振动。
47.优选的，矩形部401长轴为8.50mm，矩形部401短轴为2.30mm。
48.优选的，转子冲片1外切圆直径为41.20mm，磁钢孔4所成八边形的外切圆直接为40.11mm，磁钢孔4相对之间距离为34.10mm。
49.优选的，工艺槽包括第一工艺槽8和第二工艺槽9，第一工艺槽8数量为3个，第一工艺槽8两两所对圆心角为120
°
，第二工艺槽9数量为1个，第二工艺槽9设于第一工艺槽8一侧，第二工艺槽9与相邻的第一工艺槽8所对圆心角为30
°
。
50.优选的，连接孔6数量为5，连接孔6直径为3.00mm，连接孔6阵列于直径为24.00mm的同心圆上。
51.优选的，转子冲片1和定子冲片2的叠压系数均大于等于0.97，转子冲片1和定子冲片2的冲片毛刺均不大于0.04mm。
52.与现有的技术相比，本发明具有如下优点：该永磁同步电机的转子冲片1四周设有多个弧状凸部5，弧状凸部5关于转子冲片1中心阵列设于转子冲片1边缘，弧状凸部5之间还设有气隙辅助凹槽7。通过弧状凸部5和气隙辅助凹槽7可有效消除奇次谐波的影响，减少电磁噪音的产生，降低电机损耗，提高电机效率。
53.实施例二
54.如图2和3所示，一种低噪音的高转速永磁同步电机，包括：
55.转子冲片1，转子冲片1中间位置设有轴孔3，转子冲片1从内到外依次中心阵列有多个连接孔6和磁钢孔4，轴孔3用于连接转子轴，磁钢孔4用于承载磁钢，由此形成永磁转子。转子冲片1四周设有多个弧状凸部5，弧状凸部5关于转子冲片1中心阵列设于转子冲片1边缘；弧状凸部5可均衡电机内部的磁力线分布，以此降低转子转动时产生的转矩脉动，从而减少电磁噪音的产生，降低电机损耗，提高电机效率。
56.定子冲片2，如图2所示，定子冲片2包括定子轭部201和梯形定子齿部202，定子齿部202由定子轭部201的内侧周部沿径向内延伸形成，定子冲片2轭部201外侧设有工艺槽。定子冲片2使转子磁路不饱和，保证气隙磁场稳定而平滑，能够有效地控制气隙磁场稳定平滑。定子齿部202可有效地减少磁阻和紧固通电的导体受到横向力位移，从而减少振动和电磁噪音。从而减少了齿槽转矩和磁场波动，减少了振动和噪音，并提高转矩常数，满足负载突变时的承载能力。
57.优选的，弧状凸部5之间设有气隙辅助凹槽7。通过气隙辅助凹槽7可有效消除奇次谐波的影响，减少电磁噪音的产生，降低电机损耗，提高电机效率。
58.优选的，如图3所示，气隙辅助凹槽7在转子冲片1上均匀间隔设置，气隙辅助凹槽7与弧状凸部5数量之比为1:2。通过气隙辅助凹槽7保证气隙磁场稳定而平滑，能够有效地控制气隙磁场稳定平滑。减少电磁噪音的产生，降低电机损耗，提高电机效率。
59.优选的，弧状凸部5数量为m，磁钢孔4数量为n，m＝n＝8。
60.优选的，磁钢孔4包括相互接通的矩形部401和设于矩形部401两侧的第一弧形延伸部402、第二弧形延伸部403，第一弧形延伸部402和第二弧形延伸部403相对于矩形部401中心线对称。弧状凸部5、第一弧形延伸部402和第二弧形延伸部403对磁场的定向调制作用，使得电机磁场更加正弦，降低了谐波含量，从而大大改善了电机运行过程中产生的噪音振动。在本实施例中，相邻磁钢孔4的第一弧形延伸部402和第二弧形延伸部403距离为1mm。
61.优选的，矩形部401长轴为8.55mm，矩形部401短轴为2.27。
62.优选的，转子冲片1外切圆直径为41.22mm，磁钢孔4所成八边形的外切圆直接为40.11mm，磁钢孔4相对之间距离为34.13mm。
63.优选的，工艺槽包括第一工艺槽8和第二工艺槽9，第一工艺槽8数量为3个，第一工艺槽8两两所对圆心角为120
°
，第二工艺槽9数量为1个，第二工艺槽9设于第一工艺槽8一侧，第二工艺槽9与相邻的第一工艺槽8所对圆心角为30
°
。
64.优选的，连接孔6数量为5，连接孔6直径为3mm，连接孔6阵列于直径为24.05mm的同心圆上。
65.优选的，转子冲片1和定子冲片2的叠压系数均大于等于0.97，转子冲片1和定子冲片2的冲片毛刺均不大于0.04mm。
66.与现有的技术相比，本发明具有如下优点：通过该永磁同步电机的电磁仿真方法可实现低噪音高转速的高性能永磁同步电机。该永磁同步电机的转子冲片四周设有多个弧状凸部，弧状凸部关于转子冲片中心阵列设于转子冲片边缘，弧状凸部之间还设有气隙辅助凹槽。通过弧状凸部和气隙辅助凹槽可有效消除奇次谐波的影响，减少电磁噪音的产生，降低电机损耗，提高电机效率。
67.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本技术的保护范围。