交流牵引电机降噪优化设计方法技术

本发明专利技术公开了交流牵引电机降噪优化设计方法，包括：建立电机定子内壁单位面积上径向电磁力的关系表达式；建立决定气隙磁场中径向电磁力的气隙磁通密度的关系表达式，分析如何降低电机径向电磁力；建立电机的磁路关系表达式，通过增加电机定子铁心的磁压降，使气隙磁通密度下降；分析增加电机定子铁心的磁阻的主要方法；选取多组不同功率的电机，在每组电机的定子齿部依次开设多种不同尺寸的槽口，分析得到多组电磁噪声数据，采用数值拟合方法得交流牵引电机最佳开槽槽口尺寸与其功率间的函数关系式，根据该函数关系式即可确定任意功率等级电机的最佳开槽槽口尺寸，从而实现最佳的降噪效果。该发明专利技术具有原理简单、使用方便、降噪效果好等特点。效果好等特点。效果好等特点。

【技术实现步骤摘要】
交流牵引电机降噪优化设计方法


[0001]本专利技术涉及电机降噪领域，特别涉及一种交流牵引电机降噪优化设计方法。

技术介绍

[0002]交流牵引电机因具有结构简单坚固、运行可靠、功率大、转速高等系列优点而在众多领域得到了日益广泛的应用。然而电机在运行时会产生较大的噪声，不仅对工作环境与人类健康造成了不利影响，而且限制了其在某些特殊领域的推广应用，因而开展电机降噪研究具有重要意义。
[0003]造成交流牵引电机噪声过大的主要因素在于其运行时产生的电磁噪声，电磁噪声是由气隙磁场中的径向电磁力作用于定子内壁，从而引起定子铁心和机壳振动而产生的。而定、转子齿谐波磁密相互作用是产生径向电磁力的主要原因之一，因此，通过削弱定、转子齿谐波磁密所产生的径向电磁力谐波是抑制电磁噪声的重要途径。为此目前国内外针对如何降低其电磁噪声开展了广泛研究，提出了多种可降低其电磁噪声的方法，包括通过改变电机槽配比、采用转子斜槽设计、改变电机气隙长度、改进电机装配工艺、优化电机控制方法等，虽取得了一定的效果，但离实际降噪要求仍有一定的差距；因此如何进一步有效降低其电磁噪声，仍是交流牵引电机降噪研究领域的重要问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种原理简单、加工方便、降噪效果好的交流牵引电机降噪优化设计方法。
[0005]本专利技术提出的具体技术方案，包括以下步骤：
[0006]步骤(A)确定交流牵引电机产生噪声的主要因素；
[0007]步骤(B)建立电机定子内壁单位面积上径向电磁力的关系表达式；
[0008]步骤(C)建立决定气隙磁场中径向电磁力的气隙磁通密度的关系表达式，分析通过降低电机径向电磁力以抑制电机电磁噪声的若干种实现方式，分别为：
[0009]C1.保持气隙磁导率不变，降低气隙磁势；
[0010]C2.保持气隙磁势不变，降低气隙磁导率；
[0011]C3.同时降低气隙磁势和气隙磁导；
[0012]判断降低气隙磁势或气隙磁导在实际应用中的可能性；
[0013]步骤(D)根据步骤(C)分析得出优选方案C1，建立电机的磁路关系表达式，通过增加电机定子铁心的磁压降，从而使气隙磁通密度下降并最终达到抑制电机径向电磁力的目的；
[0014]步骤(E)分析如何修改电机磁路以增加电机定子铁心的磁阻的主要方法：
[0015]E1.更换磁阻更高的材料，使磁通在流经定子齿后到达气隙时的磁势减小；
[0016]E2.在定子齿部开孔，以填充高磁阻材料，增加电机定子铁心的磁阻；
[0017]E3.从定子齿结构入手，以增加磁通在流经定子齿时的积分路径，从而达到增加定
子齿磁压降的目的；
[0018]判断E1、E2、E3三种方法在实际生产中的可行性，得出优选方案E3，即，
[0019]在交流牵引电机定子齿部两侧对称位置开正方形槽口，可有效降低其电磁噪声；其中，开槽分三种方案：
[0020]E31.开槽位置尺寸固定，开槽槽口尺寸为变量；
[0021]E32.开槽槽口尺寸固定，开槽位置尺寸为变量；
[0022]E33.开槽槽口尺寸及开槽位置尺寸均为变量。
[0023]步骤(F)根据步骤(E)所得优选方案，在交流牵引电机功率等级范围内，选取多组不同功率的电机，在每组电机的定子齿部依次开槽，分析得到多组电磁噪声数据；
[0024]其中，步骤(F)的具体步骤为：在交流牵引电机功率等级范围内，
[0025]F1.依次选取m组功率等级电机；
[0026]F2.针对步骤F1所确定的m组功率等级电机，在每组功率等级电机的定子齿部，依次选取n个槽口尺寸；
[0027]F3.根据步骤F2在定子齿部的m
×
n个槽口尺寸开出相应的正方形槽口并对电机进行有限元分析，得到m组功率等级电机相应的电磁噪声数据；
[0028]另外，步骤(F)的具体步骤还可以为：按照某一槽口尺寸在定子齿部不同位置开槽，即，
[0029]F1
’
.依次选取m组功率等级电机；
[0030]F2
’
.针对步骤(F1
’
)所确定的m组功率等级电机，在每组功率等级电机的定子楔口下端点开始，至定子槽底部范围内，依次选取n个位置尺寸；
[0031]F3
’
.根据设定的开槽槽口尺寸，针对步骤(F2
’
)选取的m
×
n个位置尺寸，设计m
×
n个模型，开出相应的正方形槽口并对电机进行有限元分析，得到m组功率等级电机相应的电磁噪声数据。
[0032]类似地，F3方案也通过上述步骤逐步求得，在此不作赘述。
[0033]步骤(G)根据步骤(F)所得电磁噪声与相应的开槽槽口尺寸或开槽位置尺寸数据，采用数值拟合方法得其函数关系式，求其最小值，从而得每组功率等级电机相应的最佳开槽槽口尺寸或最佳开槽位置尺寸；
[0034]步骤(H)根据步骤(G)所得m组功率等级电机最佳开槽槽口尺寸或最佳开槽位置尺寸与其相应的电机功率，采用数值拟合方法得交流牵引电机最佳开槽槽口尺寸或最佳开槽位置尺寸与其功率间的函数关系式，根据该函数关系式即可确定任意功率等级电机的最佳开槽槽口尺寸或最佳开槽位置尺寸，从而实现最佳的降噪效果。
[0035]优选地，步骤F2中根据定子齿部宽度尺寸确定开槽槽口尺寸的取值范围，所述取值范围在定子齿部平均宽度的1/2以内。
[0036]优选地，步骤(G)中交流牵引电机电磁噪声与相应开槽槽口尺寸间的函数关系式为：
[0037][0038]式中：f
s
(h2)为电磁噪声函数，a6、a5、a4、a3、a2、a1、a0分别为电磁噪声函数的系数，由计算机拟合而成，h2为定子齿部槽口尺寸。
[0039]优选地，步骤(G)中交流牵引电机电磁噪声与开槽位置尺寸间的函数关系式可以
如下：
[0040][0041]式中：f
s
(h1)为电磁噪声函数，c6、c5、c4、c3、c2、c1、c0分别为电磁噪声函数的系数，由计算机拟合而成，h1为电机开槽位置尺寸，即从定子楔口下端点至开槽位置间的距离。
[0042]优选地，步骤(H)中交流牵引电机最佳开槽槽口尺寸与其功率间的函数关系，具体为：
[0043]f1(p)＝b6p6+b5p5+b4p4+b3p3+b2p2+b1p+b0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0044]式中：f1(p)为最佳槽口尺寸函数，b6、b5、b4、b3、b2、b1、b0分别为最佳槽口尺寸函数的系数，由计算机拟合而成，p为电机功率。
[0045]优选地，步骤(H)中交流牵引电机最佳开槽位置尺寸与其功率间的函数关系，具体为：
[0046]h
1J
＝H
S
·
a
·...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.交流牵引电机降噪优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(A)确定交流牵引电机产生噪声的主要因素；步骤(B)建立电机定子内壁单位面积上径向电磁力的关系表达式；步骤(C)建立决定气隙磁场中径向电磁力的气隙磁通密度的关系表达式，分析通过降低电机径向电磁力以抑制电机电磁噪声的若干种实现方式，判断其在实际应用中的可能性；步骤(D)根据步骤(C)分析得出的优选方案，建立电机的磁路关系表达式，通过增加电机定子铁心的磁压降，从而使气隙磁通密度下降并最终达到抑制电机径向电磁力的目的；步骤(E)分析如何修改电机磁路以增加电机定子铁心的磁阻的主要方法，得出优选方案；步骤(F)根据步骤(E)所得优选方案，在交流牵引电机功率等级范围内，选取多组不同功率的电机，在每组电机的定子齿部依次开槽，分析得到多组电磁噪声数据；步骤(G)根据步骤(F)所得电磁噪声与相应的开槽尺寸数据，采用数值拟合方法得到其函数关系式，求其最小值，从而得每组功率等级电机相应的最佳开槽尺寸；步骤(H)根据步骤(G)所得电机最佳开槽尺寸与其相应的电机功率，采用数值拟合方法得交流牵引电机最佳开槽尺寸与其功率间的函数关系式，根据该函数关系式即可确定任意功率等级电机的最佳开槽尺寸，从而实现最佳的降噪效果。2.根据权利要求1所述的交流牵引电机降噪优化设计方法，其特征在于，步骤(C)中降低电机径向电磁力的具体实现方式为：C1.保持气隙磁导率不变，降低气隙磁势；C2.保持气隙磁势不变，降低气隙磁导率；C3.同时降低气隙磁势和气隙磁导；判断降低气隙磁势或气隙磁导在实际应用中的可能性，得出优选方案C1。3.根据权利要求1所述的交流牵引电机降噪优化设计方法，其特征在于，步骤(E)中增加电机定子铁心的磁阻的主要方法为：E1.更换磁阻更高的材料，使磁通在流经定子齿后到达气隙时的磁势减小；E2.在定子齿部开孔，以填充高磁阻材料，增加电机定子铁心的磁阻；E3.从定子齿结构入手，以增加磁通在流经定子齿时的积分路径，从而达到增加定子齿磁压降的目的；判断E1、E2、E3三种方法在实际生产中的可行性，得出优选方案E3，即，在交流牵引电机定子齿部两侧对称位置开正方形槽口，可有效降低其电磁噪声；其中，开槽分三种方案：E31.开槽位置尺寸固定，开槽槽口尺寸为变量；E32.开槽槽口尺寸固定，开槽位置尺寸为变量；E33.开槽槽口尺寸及开槽位置尺寸均为变量。4.根据权利要求1所述的交流牵引电机降噪优化设计方法，其特征在于，步骤(F)的具体步骤为：在交流牵引电机功率等级范围内，F1.依次选取m组功率等级电机；F2.针对步骤F1所确定的m组功率等级电机，在每组功率等级电机的定子齿部，依次选
取n个槽口尺寸；F3.根据步骤(F2)在定子齿部的m
×
n个槽口尺寸开出相应的正方形槽口并对电机进行有限元分析，得到m组功率等级电机相应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小平，刘东浩，傅搏，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：