表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法技术

本公开提供了一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法，从永磁体磁动势和气隙磁导入手，基于二维静态场对电机的有、无齿槽结构模型分别有限元仿真，得到永磁体磁动势和气隙磁导分布，对其进行傅里叶分解，计算得到包括幅值、频率、相位在内的空载磁动势和气隙磁导表达式；根据麦克斯韦张量法，将磁动势和气隙磁导各分量结果代入电磁力密度表达式中，得到不同频率、不同阶次下的所有力波幅值，大大缩短了计算时间；同时能够准确考虑槽型尺寸以及铁心饱和程度对气隙磁导和永磁体磁动势的影响，能够准确得到不同频率、不同阶次下的各力波幅值。

Calculation method of no-load electromagnetic exciting force wave of SMSM

【技术实现步骤摘要】
表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法
本公开属于永磁同步电机空载电磁激振力波计算领域，涉及一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法。
技术介绍
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。近年来，永磁同步电机以其结构简单、效率高、功率密度大等优点，在诸多领域中展现出广阔的应用前景。随着电机功率等级的不断增加和电机性能的不断提高，低噪声、高性能的永磁同步电机越来越受到人们的青睐，电机的振动和噪声水平已经成为衡量电机性能的一项重要指标，尤其是在对电机性能要求高的高速大功率场合，电机的振动和噪声问题将直接影响整体系统的运行稳定性和工作可靠性，削弱电机的电磁振动和噪声成为亟待重点解决的问题之一。作为电机振动和噪声的主要来源，电机的电磁振动是由电机气隙磁场作用于电机定子铁心产生的随时间和空间变化的电磁激振力波所激发的，所以对电磁激振力波的准确分析和计算成为电机电磁振动分析的关键。目前对电磁激振力波的计算和分析主要采用以下三种方法：磁动势-磁导法、磁场解析法和有限元法。磁动势-磁导法可以方便地给出电磁激振力波的频率、转速和相位，但难以得到气隙磁导的准确值，在一定程度上限制了其应用，所以该方法虽可方便地进行定性分析，但不能进行定量的准确计算；磁场解析法虽可方便地进行气隙磁场和振动力波的计算，但在考虑铁心的饱和以及齿槽复杂形状时，将使得计算周期加长且计算精度下降；而有限元法能考虑饱和等多种因素的影响，可较准确地进行气隙磁场和电磁力密度的计算，但难于区分来源不同的激振力波，不能得到各阶力波与结构参数之间的明细关系，不利于电磁振动的削弱。上述计算电磁力的三种方法各有其优缺点，都不能准确确定各电磁力波包括幅值、转速、频率和相位在内的完整表达式，既不能准确评估单个电磁力波对振动的影响，也不能准确评估各电磁力波对振动的总体效应，不利于电磁振动的分析和削弱。
技术实现思路
本公开为了解决上述问题，提出了一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法，本公开考虑电机复杂结构和铁心饱和的影响，准确地确定包括幅值、转速、频率和相位在内的各阶径向电磁力波的完整表达式，为后续电磁振动的计算、分析、评估和削弱奠定理论基础。根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法，包括以下步骤：从永磁体磁动势和气隙磁导入手，基于二维静态场对电机的有、无齿槽结构模型分别有限元仿真，得到永磁体磁动势和气隙磁导分布，对其进行傅里叶分解，计算得到包括幅值、频率、相位在内的空载磁动势和气隙磁导表达式；根据麦克斯韦张量法，将磁动势和气隙磁导各分量结果代入电磁力密度表达式中，得到不同频率、不同阶次下的所有力波幅值。作为可选择的实施方式，在确定气隙磁导时，考虑铁心饱和以及齿槽复杂形状的影响。作为可选择的实施方式，通过Maxwell2D静态场求解器对永磁体磁动势和气隙磁导进行求解。作为可选择的实施方式，通过确定不同阶数、不同频率激振力波的来源，得到各阶力波与结构参数之间的明细关系。作为可选择的实施方式，在计算过程中，忽略磁动势与气隙磁导的高次谐波分量。作为可选择的实施方式，在计算过程中，空载电磁激振力波中包含的频率为基频的偶数倍，最小频率为2f，阶数为极数的整数倍，最小阶数为2p。上述方法适用于任意表贴式永磁同步电机，不受永磁体形状、材料、充磁方向等因素的限制。对表贴式永磁同步电机中的电磁激振力波含量进行准确、系统、完整的分析和计算，总结其产生机理和变化规律，得到电机结构参数与各阶电磁激振力波的映射关系，对电磁激振力波的削弱以及电机振动和噪声性能的改善奠定坚实的理论基础。一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算系统，包括：有限元仿真模块，被配置为从永磁体磁动势和气隙磁导入手，基于二维静态场对电机的有、无齿槽结构模型分别有限元仿真，得到永磁体磁动势和气隙磁导分布，对其进行傅里叶分解，计算得到包括幅值、频率、相位在内的空载磁动势和气隙磁导表达式；计算模块，被配置为根据麦克斯韦张量法，将磁动势和气隙磁导各分量结果代入电磁力密度表达式中，得到不同频率、不同阶次下的所有力波幅值。一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行所述的一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法。一种终端设备，包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行所述的一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法。与现有技术相比，本公开的有益效果为：本公开对永磁体磁动势和气隙磁导的求解仅需使用二维静态场求解器即可完成，大大缩短了计算时间；同时能够准确考虑槽型尺寸以及铁心饱和程度对气隙磁导和永磁体磁动势的影响，能够准确得到不同频率、不同阶次下的各力波幅值。本公开为各阶电磁激振力波的快速准确计算以及后续特定阶次电磁激振力波的削弱提供了便利，为永磁同步电动机的电磁振动的削弱奠定了基础。附图说明构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。图1是本实施例计算结果示意图；图2是永磁体与电枢的相对位置示意图；图3是电机的无齿槽结构示意图；图4是电机的有齿槽结构示意图；图5是6极36槽SPMSM的有限元仿真模型示意图；图6是电机的无齿槽结构模型示意图；图7是一个磁极下气隙磁密沿圆周分布示意图；图8(a)(b)是一个周期下永磁体磁动势沿圆周方向的分布及其谐波含量示意图；图9是电机的有齿槽结构模型示意图；图10(a)(b)是一个齿距下的气隙磁密及气隙有效长度沿圆周分布示意图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
中所述的随着电机功率等级的不断增加和电机性能的不断提高，低噪声、高性能的永磁同步电机越来越受到人们的青睐，电机的振动和噪声水平已经成为衡量电机性能的一项重要指标，尤其是在对电机性能要求高的高速大功率场合，电机的振动和噪声问题将直接影响整体系统的运行稳定性和工作可靠性，削弱电机的电磁振动和噪声成为亟待重点解决的问题之一。作为电机振动和噪声的主要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法，其特征是：包括以下步骤：/n从永磁体磁动势和气隙磁导入手，基于二维静态场对电机的有、无齿槽结构模型分别有限元仿真，得到永磁体磁动势和气隙磁导分布，对其进行傅里叶分解，计算得到包括幅值、频率、相位在内的空载磁动势和气隙磁导表达式；/n根据麦克斯韦张量法，将磁动势和气隙磁导各分量结果代入电磁力密度表达式中，得到不同频率、不同阶次下的所有力波幅值。/n

【技术特征摘要】
1.一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法，其特征是：包括以下步骤：
从永磁体磁动势和气隙磁导入手，基于二维静态场对电机的有、无齿槽结构模型分别有限元仿真，得到永磁体磁动势和气隙磁导分布，对其进行傅里叶分解，计算得到包括幅值、频率、相位在内的空载磁动势和气隙磁导表达式；
根据麦克斯韦张量法，将磁动势和气隙磁导各分量结果代入电磁力密度表达式中，得到不同频率、不同阶次下的所有力波幅值。


2.如权利要求1所述的一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法，其特征是：在确定气隙磁导时，考虑铁心饱和以及齿槽复杂形状的影响。


3.如权利要求1所述的一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法，其特征是：通过Maxwell2D静态场求解器对永磁体磁动势和气隙磁导进行求解。


4.如权利要求1所述的一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法，其特征是：通过确定不同阶数、不同频率激振力波的来源，得到各阶力波与结构参数之间的明细关系。


5.如权利要求1所述的一种表贴式永磁同步电机空载电磁激振力波的计算方法，其特征是：在计算过程中，忽略磁动势与气隙磁导的高次谐波分量。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秀和，邢泽智，赵文良，张鑫，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37