永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法、系统及存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法、系统及存储介质，方法包括：S1、建立电机瞬态电磁场仿真分析有限元模型；S2、对加减速工况不同转速点的电磁力进行仿真计算；S3、根据仿真得到的不同转速点的电磁力结果求取每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力；S4、将得到的定子齿面上的径向和切向电磁力合力进行傅里叶变换，然后提取相应的阶次力并进行合成；S5、考虑电机总成的装配和安装关系对电机总成进行有限元模态仿真；S6、采用边界元法或者有限元法计算加减速工况随转速变化的电磁噪声。与现有技术相比，本发明专利技术可以快速准确计算电机加减速工况电磁噪声，为电机的设计和优化提供一种快速计算方法。电机的设计和优化提供一种快速计算方法。电机的设计和优化提供一种快速计算方法。

【技术实现步骤摘要】
永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法、系统及存储介质


[0001]本专利技术涉及永磁电机的
，具体涉及一种永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]大力发展新能源汽车目前已成为汽车行业的大趋势，而纯电动汽车是目前新能源汽车发展的主流方向，随着纯电动汽车技术的发展，纯电动汽车的噪声问题也越来越引起人们的关注。与传统内燃机汽车不同，纯电动汽车的噪声主要来自驱动电机，其噪声总值虽然不大，但频率较高，容易引起驾驶员和乘客的烦恼，如何在满足动力性、经济性、轻量化和低成本等要求的同时降低电机噪声已成为新能源汽车制造商普遍关心和亟待解决的问题。如果能在电机设计初期对其电磁噪声水平进行准确评估将有利于平衡电机的各项性能，提前采取对应的优化措施，从而避免后期加工制造阶段的设计变更，有利于缩短开发周期和降低开发成本。
[0003]目前关于电机电磁噪声的计算方法主要有解析法、半解析法和有限元法三种。其中解析法是基于数学解析式的运算，首先根据电磁场理论解析计算电磁力，然后将电机结构简化为有限长或者无限长的圆柱壳体，或者简化为平板，最后再根据圆柱壳或者平板的辐射理论计算电磁力激励下的电磁噪声。有限元法则是利用商用软件对电磁噪声进行计算，首先通过电磁场仿真得到电磁力，然后通过有限元模态仿真得到电机模态结果，最后将仿真得到的电磁力加载到电机结构上通过模态叠加法计算电磁振动，并通过有限元或边界元法计算电磁噪声，目前采用有限元法只能计算稳定转速点的电磁噪声，无法计算加减速工况的电磁噪声。半解析法则是针对纯解析法计算精度不高的问题，将解析法和有限元法结合起来，借助有限元法来计算电磁力或者电机模态结果，从而在一定程度上可以考虑复杂磁路和复杂结构的影响，提高计算精度，半解析法的计算精度和计算效率介于解析法和有限元法之间。
[0004]解析法虽然能够对电机加减速工况电磁噪声进行快速计算，但该方法在计算的各个环节引入了大量的假设，忽略了漏磁和磁路饱和等因素的影，将电机复杂的机壳结构简化为圆柱壳体和平板结构，所以其计算精度较低，不适合电磁噪声的精确计算，尤其对于目前纯电动汽车常用的内置式永磁同步电机，其磁路和电机结构比较复杂，解析法难于准确计算其电磁噪声。有限元法是利用商用软件对电磁力进行计算，可以考虑漏磁、磁路饱和以及复杂结构等因素的影响，所以计算精度高，但有限元法只能对稳定转速点进行计算，如果需要得到加减速过程中的电磁噪声，则需要先对每一个稳定转速点的噪声进行单独计算，然后再进行合成，例如计算电机转速从0到10000r/min这一过程中的电磁力，如果转速间隔为100r/min，则需要重复计算100次，工作量大，计算耗时长、效率低。半解析法是针对纯解析法计算精度不高的问题，将解析法和有限元法结合起来，借助有限元法来计算电磁力或者电机模态结果，从而在一定程度上可以考虑复杂磁路和复杂结构的影响，半解析法的计
算精度和计算效率介于解析法和有限元法之间。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要针对电磁噪声解析法和半解析法计算精度低，以及半解析法和有限元法计算效率低的问题，提供一种永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法、系统及存储介质，可以快速准确计算电机加减速工况电磁噪声，实现对电机振动噪声的快速计算。
[0006]本专利技术一方面提供了一种永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法，用于快速准确计算加减速工况下电机随转速变化的电磁噪声，包括下述步骤：
[0007]S1、根据给定的电机几何模型和给定参数，在电磁软件中建立瞬态电磁场仿真分析有限元模型；
[0008]S2、对加减速工况不同转速点的电磁力进行仿真计算；
[0009]S3、根据仿真得到的不同转速点的电磁力结果求取每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力；
[0010]S4、将得到的定子齿面上的径向和切向电磁力合力进行傅里叶变换，然后提取相应的阶次力并进行合成；
[0011]S5、考虑电机总成的装配和安装关系对电机总成进行有限元模态仿真；
[0012]S6、将步骤S4得到的随转速变化的阶次电磁力加载到步骤S5得到的电机总成模态结果上，采用模态叠加法计算电磁振动，并采用边界元法或者有限元法计算加减速工况随转速变化的电磁噪声。
[0013]作为优选的技术方案，步骤S1中，在建立电磁仿真模型时将定子铁心的齿部和轭部分开，具体为：
[0014]S11、在电磁仿真软件中导入给定的电机几何模型，根据电机轴向一致性和周向周期性，只需要建立半个单元电机的二位平面模型；
[0015]S12、为了便于求取定子齿上受到的电磁力合力，在电机模型中将定子铁心的齿部和轭部切割开来，形成两个独立的部件；
[0016]S13、根据给定的硅钢片材料、永磁体材料及电流等参数，给电机模型各部件赋予相应的材料，其中定子的齿部和轭部赋予相同的材料，并设置电路激励；
[0017]S14、设置运动边界条件和周期边界条件，设置求解步数和步长，并进行网格划分，得到永磁同步电机瞬态电磁场仿真有限元模型。
[0018]作为优选的技术方案，步骤S2中，加减速工况不同转速点的选取应遵循以下准则：
[0019]A、恒转矩区转速点选取相比恒功率区较为稀疏；
[0020]B、恒功率区转速点选取相比恒转矩区较为密集。
[0021]作为优选的技术方案，恒转矩区转速点每隔1000r/min选取一个转速点；恒功率区转速点每隔500r/min选取一个转速点。
[0022]作为优选的技术方案，步骤S3具体为：
[0023]S31、选取圆柱坐标，坐标原点与定子铁心的中心点重合；
[0024]S32、对于任意稳定转速点，对模型中的每个定子齿部进行节点力求和，得到每个定子齿上的径向和切向电磁力合力；
[0025]S33、对于其他稳定转速点，重复步骤S32。
[0026]作为优选的技术方案，步骤S4具体为：
[0027]S41、对于任意稳定转速点，对每一个定子齿面的径向和切向电磁力合力进行傅里叶变换，得到该稳定转速下每个定子齿受到的电磁力的频谱，结果如公式(1)和(2)所示；
[0028]FFT[F
Ri_n
(t)]＝F
Ri_n_1
+F
R_n_2
+F
Ri_n_3
+L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0029]FFT[F
Ti_n
(t)]＝F
Ti_n_1
+F
Ti_n_2
+F
Ti_n_3
+L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0030]其中，F
Ri_n
(t)为仿真得到的转速为n时某个定子齿面i受到的径向电磁力合力时间历程；
[0031]F
Ti_n
(t)为仿真得到的转速为n时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法，用于快速准确计算加减速工况下电机随转速变化的电磁噪声，其特征在于，包括下述步骤：S1、根据给定的电机几何模型和给定参数，在电磁软件中建立瞬态电磁场仿真分析有限元模型；S2、对加减速工况不同转速点的电磁力进行仿真计算；S3、根据仿真得到的不同转速点的电磁力结果求取每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力；S4、将得到的定子齿面上的径向和切向电磁力合力进行傅里叶变换，然后提取相应的阶次力并进行合成；S5、考虑电机总成的装配和安装关系对电机总成进行有限元模态仿真；S6、将步骤S4得到的随转速变化的阶次电磁力加载到步骤S5得到的电机总成模态结果上，采用模态叠加法计算电磁振动，并采用边界元法或者有限元法计算加减速工况随转速变化的电磁噪声。2.根据权利要求1所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法，其特征在于，步骤S1中，在建立电磁仿真模型时将定子铁心的齿部和轭部分开，具体为：S11、在电磁仿真软件中导入给定的电机几何模型，根据电机轴向一致性和周向周期性，只需要建立半个单元电机的二位平面模型；S12、为了便于求取定子齿上受到的电磁力合力，在电机模型中将定子铁心的齿部和轭部切割开来，形成两个独立的部件；S13、根据给定的硅钢片材料、永磁体材料及电流等参数，给电机模型各部件赋予相应的材料，其中定子的齿部和轭部赋予相同的材料，并设置电路激励；S14、设置运动边界条件和周期边界条件，设置求解步数和步长，并进行网格划分，得到永磁同步电机瞬态电磁场仿真有限元模型。3.根据权利要求1所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法，其特征在于，步骤S2中，加减速工况不同转速点的选取应遵循以下准则：A、恒转矩区转速点选取相比恒功率区较为稀疏；B、恒功率区转速点选取相比恒转矩区较为密集。4.根据权利要求3所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法，其特征在于，恒转矩区转速点每隔1000r/min选取一个转速点；恒功率区转速点每隔500r/min选取一个转速点。5.根据权利要求1所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法，其特征在于，步骤S3具体为：S31、选取圆柱坐标，坐标原点与定子铁心的中心点重合；S32、对于任意稳定转速点，对模型中的每个定子齿部进行节点力求和，得到每个定子齿上的径向和切向电磁力合力；S33、对于其他稳定转速点，重复步骤S32。6.根据权利要求1所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法，其特征在于，步骤S4具体为：S41、对于任意稳定转速点，对每一个定子齿面的径向和切向电磁力合力进行傅里叶变
换，得到该稳定转速下每个定子齿受到的电磁力的频谱，结果如公式(1)和(2)所示；FFT[F
Ri_n
(t)]＝F
Ri_n_1
+F
R_n_2
+F
Ri_n_3
+L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)FFT[F
Ti_n
(t)]＝F
Ti_n_1
+F
Ti_n_2
+F
Ti_n_3
+L
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，F
Ri_n
(t)为仿真得到的转速为n时某个定子齿面i受到的径向电磁力合力时间历程；F
Ti_n
(t)为仿真得到的转速为n时某个定子齿面i受到的切向电磁力合力时间历程；F
Ri_n_1
，F
Ri_n_2
，F
Ri_n_3
L分别为傅里叶变换得到的转速为n时某个定子齿面i受到的径向电磁力1次谐波、2次谐波、3次谐波
…
；F
Ti_n_1
，F
Ti_n_2
，F
Ti_n_3
L分别为傅里叶变换得到的转速为n时某个定子齿面i受到的切向电磁力1次谐波、2次谐...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴双龙，王海林，齐龙，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：