【摘 要】
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内置式永磁同步电动机由于其高效率、高功率密度、高功率因素等特点被广泛的应用于电动汽车、船舶、智能家电等领域。在这些应用中,由于客户对于舒适度的追求和实际的需要,电机能否安静稳定的运行成为一个重要选择指标,因此近年来永磁同步电动机的振动噪声问题引起了广泛的关注。本文围绕一款新能源车用内置式永磁同步电机的电磁振动及噪声问题展开研究。首先分析该电机电磁噪声的来源。从正弦波和变频器供电情况下的气隙磁场出发
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内置式永磁同步电动机由于其高效率、高功率密度、高功率因素等特点被广泛的应用于电动汽车、船舶、智能家电等领域。在这些应用中,由于客户对于舒适度的追求和实际的需要,电机能否安静稳定的运行成为一个重要选择指标,因此近年来永磁同步电动机的振动噪声问题引起了广泛的关注。本文围绕一款新能源车用内置式永磁同步电机的电磁振动及噪声问题展开研究。首先分析该电机电磁噪声的来源。从正弦波和变频器供电情况下的气隙磁场出发分析电磁力波的产生机理,分析了对电磁振动及噪声影响较大的力波阶次及频率,通过有限元仿真分析得到了正弦波和变频器供电情况下的气隙磁密及电磁力波密度。分析结果表明电机负载运行时,由于绕组电流的电枢反应,电磁力波幅值会增大且会增加新的力波阶数与频率,力波阶数与频率的特征为(6kp+2p,2f0)和(6kp+2p±iZ,2f0)。对该电机采用变频器驱动时的分析结果表明高次时间谐波电流在径向电磁力频谱中会产生新的分量,频率特征为fc±3f0。然后对该电机定子系统固有模态的影响因素展开研究。基于双环理论解析法计算定子系统固有模态及频率,建立定子系统及前后端盖有限元模型。仿真分析定子系统及前后端盖固有模态及频率,分析机壳和前后端盖对定子系统固有频率的影响。结果表明加入前后端盖后,端盖轴长短、径向振动困难会对定子的径向振动产生约束,使定子系统主要模态的频率升高。为解决该电机由一阶齿谐波产生的48倍频电磁噪音过大,采用转子分段斜极和转子开辅助槽的方法来削弱由一阶齿谐波引起的径向电磁力波,从而削弱该电机的电磁振动和噪音。建立了电磁有限元和结构声场耦合模型进行仿真分析,仿真结果表明由低阶齿谐波引起的0阶电磁力在接近电机定子0阶固有频率时会达到共振条件激发幅值大的噪音,采用转子分段斜极和转子开辅助槽能有效的削弱在高转速区时由一阶齿谐波引起的0阶12f1电磁力产生的48倍频电磁噪声。最后完成样机的制作,进行电磁性能的测试和噪声实验验证。样机噪声实验结果表明转子结构优化后有效削弱了0阶12f1电磁力产生的48倍频电磁噪音。
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