新能源客车用永磁同步电机振动噪声分析及抑制方法研究

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传统燃油车保有量的快速增长加重了能源短缺和环境污染等问题,发展新能源汽车是改善以上问题的有效办法。作为国内新能源汽车的主驱电机,永磁同步电机具有高效区宽、调速范围广、功率密度和转矩密度高等优点。新能源汽车与燃油车相比虽整体振动噪声得到了削弱,但是新能源车用电机的噪声却较为明显。其产生的振动噪声成为了影响驾驶和乘坐电动汽车舒适度的主要原因之一。因此电机振动噪声问题的研究成为行业研究的热点。本文的主要研究内容分为以下几个方面:1)分析了整数槽内置式永磁电机的径向电磁力波。针对客车用低速大扭矩永磁电机,利用磁势乘磁导法对电机气隙磁密进行了解析建模,推导了正弦波和变频器两种供电方式下的径向电磁力解析式,分析了不同供电方式下的径向电磁力波的来源及时空分布。结合有限元仿真,分析了对整数槽车用永磁同步电机电磁振动与噪声影响较大的径向电磁力波分量,并归纳了其空间阶次、频率和来源。2)本文以一台72槽12极峰值功率135kW的低速大扭矩内置式永磁同步电机为研究对象,建立了电机的初始有限元仿真模型,分析了电机主要结构参数对11和13次磁密谐波的影响。在满足给出的主要性能指标的前提下,对转子表面辅助槽、电机的槽口尺寸、极弧系数等做了进一步优化。在确定电机的结构参数后,对定子的固有模态及频率进行求解,同时分析电机的振动噪声特性。3)在电机主要结构参数确定后,为进一步降低由径向电磁力引起的电磁振动噪音采用定子绕组注入谐波电流的方法。对于该72槽12极内置式永磁同步电机,引起振动噪音较大的电磁力分量为0阶12倍频。通过理论分析,定子绕组注入11次或13次谐波电流都能达到减振降噪的效果。通过仿真分析,计算了应注入的13次电流谐波的幅值及相位,并通过多物理场耦合仿真对比分析了谐波电流注入前后电机电磁振动噪声特性。仿真结果表明,注入13次谐波后,2000rpm的振动加速度削弱了51.7%,72阶噪音削弱了20.94%。4)制作了电机样机,并在AVL电机试验台上搭建了样机的电磁与振动噪声特性的测试平台,开展了样机的电磁性能及振动噪声测试。测试数据表明,样机在进行结构优化和注入谐波电流后仍可满足主要的性能指标,同时能够一定程度上效削弱电机的电磁振动噪音。
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