永磁同步电机转子优化抑制电磁振动噪声研究

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随着消费水平的提高,人们对汽车舒适度的要求逐渐提高,良好的振动噪声性能,成为一台高品质汽车必不可少的指标。相对于传统燃油发动机驱动,电驱动汽车的振动噪声较低,但其电磁振动噪声品质较差,常表现为高频啸叫,容易引起人们的不适,因此,在电动汽车驱动电机设计阶段即对电磁振动噪声进行计算与优化抑制具有理论和工程价值。电磁振动噪声主要来源于定转子磁场产生的径向电磁力,电磁振动噪声的抑制,就电磁角度来说,很大程度依赖于电磁力的抑制,尤其是对电磁振动起主要作用的低阶径向电磁力的抑制。论文对一款电动汽车用内置式永磁同步电机进行转子磁路优化,在保证电磁性能基础上,通过抑制电磁力,改善电磁振动噪声性能。论文首先从径向电磁力产生机理入手,定性推导和分析径向电磁力波空间阶次和频率分布,以及产生这些力波分量的谐波磁场特征。然后,采用电磁场有限元方法对一台8极48槽永磁同步电机的气隙磁场和径向电磁力波进行了定量计算和分析,理论分析和仿真结果表明:低阶径向电磁力波主要分量的产生来源,主要含有的特征次数磁密谐波为3,5,7,9次谐波以及一二阶齿谐波,这为转子结构优化,削弱电磁力进而抑制振动噪声指明了方向。随后,论文从样机转子磁钢尺寸和磁钢放置位置两个角度,在二维电磁场中,基于新的参数化建模定义方式确定优化目标、优化参数、优化顺序并引入内罚函数法,对转子磁钢结构进行优化计算,结果表明,采用优化后的V1型转子结构电磁性能有所提高,主要特征次数气隙磁场谐波和0,8次低阶电磁力得到较为明显的抑制。论文最后通过构建三维结构场计算模型,在模态分析基础上,对优化前后样机的振动和噪声进行了仿真对比。结果显示:样机转子结构优化后,额定工况运行时振动噪声响应值减小较为明显;多转速工况运行时,电机振动噪声整体性能亦得到改善,从而验证了转子结构优化对电机电磁振动噪声有较为明显的抑制作用。论文理论分析和优化方法对采用转子结构优化的方式来抑制永磁同步电机电磁力,改善其振动噪声性能具有理论价值和工程意义,对其他类型电机电磁振动噪声的抑制亦具有借鉴价值。
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