一种基于转子磁钢开辅助槽的电机振噪优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于转子磁钢开辅助槽的电机振噪优化方法，包括以下步骤：S1：对需降噪的无刷永磁直流电机定转子内外径、槽极配合、槽形、整体结构、气隙厚度等进行分析确定；S2：将电机主要结构参数提炼完成之后，利用有限元软件建立模型，输入计算电磁力、气隙磁密的表达式并制定好积分路径、剖分后进行二维有限元仿真；S3：将仿真出来的径向电磁力结果进行傅里叶分解，分析并预测其中对振动噪声贡献最大的电磁力以及最低阶次电磁力，并考虑降低该阶次的幅值。本发明专利技术，利用与面包型磁铁相反的方法，考虑在转子的磁钢中心处开半圆形辅助槽，可以较为有效的降低电机永磁磁场的基波分量，并大幅降低14阶电磁力。并大幅降低14阶电磁力。并大幅降低14阶电磁力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于转子磁钢开辅助槽的电机振噪优化方法


[0001]本专利技术涉及电机相关
，具体是一种基于转子磁钢开辅助槽的电机振噪优化方法。

技术介绍

[0002]永磁无刷直流电机以其效率高、性能好等优点，在核潜艇、军用飞机等军工装备中被广泛应用。而在水下核潜艇中，隐蔽性、防止被声呐探测等问题，直接影响作战效率以及安全性，因此军工企业的电机中，不仅功率密度、可靠性、效率是电机质量技术指标的重要衡量标准，其振噪问题更是十分重要的一个方面。
[0003]现有的研究表明，电机的振动噪声主要有三方面引起，电磁噪声、机械噪声以及空气动力学噪声。而其中电磁噪声是由电磁力引起的，早期的研究中振动响应与电磁力谐波阶次的4次方成反比，因此普遍认为主要是最低阶次径向电磁力对振噪影响较大，而近年来随着对于齿调制效应研究的深入，越来越多的研究表明，根据奈奎斯特香农定理，对于高阶电磁力，经过调制后也会造成低阶振动从而引起较大的电磁噪声。
[0004]基于磁场调制原理的齿槽转矩研究中将调制效应的原理详细的进行了说明，并且推导了它对于齿槽转矩的影响，但是并未将调制效应应用于电磁力方面的研究。
[0005]含辅助槽轴向永磁电机的电磁力波分析及抑制中介绍了一种通过开辅助槽的电机降噪方法，且提出了一些辅助槽参数的影响效果，此方法确实可以降低电机噪音，但是此方法并未提及开辅助槽对于电机调制效应相关内容，忽略了高阶电磁力的影响，且该方法对于各类电机的普适性较差。
[0006]磁极开槽法抑制永磁电动机齿槽转矩研究中，提出了一种通过在转子磁钢上开辅助槽的降低齿槽转矩的方法，这种方法提出了在磁极表面开矩形槽,同时也研究了矩形槽的部分参数进行了寻优，但是并未考虑其它的槽型的影响。
[0007]如果为了提高永磁同步电机的气隙磁密的正弦度而使用面包型磁铁，则会对电机的振动噪声有负面影响，因此可以考虑通过反向开槽来降低振噪。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种基于转子磁钢开辅助槽的电机振噪优化方法，以解决现有技术中的问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于转子磁钢开辅助槽的电机振噪优化方法，包括以下步骤：
[0010]S1：对需降噪的无刷永磁直流电机定转子内外径、槽极配合、槽形、整体结构、气隙厚度等进行分析确定；
[0011]S2：将电机主要结构参数提炼完成之后，利用有限元软件建立模型，输入计算电磁力、气隙磁密的表达式并制定好积分路径、剖分后进行二维有限元仿真；
[0012]S3：将仿真出来的径向电磁力结果进行傅里叶分解，分析并预测其中对振动噪声
贡献最大的电磁力以及最低阶次电磁力，并考虑降低该阶次的幅值；
[0013]S4：在电机的转子中心处开半圆形的辅助槽，并进行数量、位置、形状、槽口宽度等参数的寻优仿真，确定出的槽形为半圆形槽；
[0014]S5：再寻优过程中寻找电磁力与开槽方法的规律，确定影响较大的谐波阶次，并在SOLIDWORKS中处理需要仿真的3D模型，以及声场仿真的的边界模型；
[0015]S6：将计算完成的电磁力导入mechanical中进行振动分析，后将振动分析结果、处理好的3D模型导入进行噪声分析，将结果进行对比得出结论，验证改进效果。
[0016]优选的，通过分析方法，即对于定子磁场谐波以及转子主极谐波的分析方法可得知，主极磁场谐波极对数公式：
[0017]u＝(2r+1)P r＝0,1,2,3,
…
[0018]其中u表示主极磁场谐波的极对数，P为电机极对数，该公式即代表主极磁场的u次谐波。
[0019]优选的，通过分析方法，即对于定子磁场齿谐波以及转子主极谐波的分析方法可得知，定子磁场谐波极对数：
[0020][0021]其中v表示定子磁场谐波极对数，d表示的为每极每相对应的槽数。
[0022]优选的，通过分析方法，所含力波阶数：
[0023]n＝u
±
v
[0024]此公式中，正负号取所求阶数的最小值。
[0025]优选的，所述公式求取后的径向力波阶数为高阶占主导。
[0026]优选的，所述径向电磁力的时间谐波表达式为：
[0027]f＝(2r+1
±
1)f1
[0028]其中的正负号与上述空间阶次取同号，即可求出大致的径向力波时间阶次。
[0029]优选的，所述电机辅助槽开槽是在转子磁钢处进行开槽。
[0030]优选的，所述电机包括机壳，所述机壳与定子铁心相连并定位固定，绕组绕线并嵌于定子槽中定子冲片前后端为环氧玻璃布版材料的绝缘段板，转子磁钢外部有护套并且与定子铁心之间存在气隙，转子磁钢粘贴于磁轭，磁轭通过键槽配合连接在转轴。
[0031]优选的，所述转轴通过轴承后端盖和机壳相连接。
[0032]优选的，所述轴承外面有轴承室，绕组采用集中绕组形式，绕组跨距为1，永磁体材料为SmCo28，转子磁钢极弧系数为1；定子铁心和磁轭的材料均为武钢DW315
‑
50，机壳、端盖采用镁合金材料，转轴采用不锈钢。
[0033]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：利用与面包型磁铁相反的方法，考虑在转子的磁钢中心处开半圆形辅助槽，可以较为有效的降低电机永磁磁场的基波分量，并大幅降低14阶电磁力；
[0034]本专利技术为进一步提升12s14p的电机降噪的效果而提出一种降低振噪的方法，此方法并未在电机的定子齿顶处开辅助槽，而是在表贴式电机的转子处开辅助槽，此方法比定子齿顶处开辅助槽的效果更为优良；
[0035]本专利技术最终仿真结果来看，径向力谐波中，二阶电磁力有一定的上升，但是高阶电
磁力大幅下降，而最终的振动加速度以及噪声为下降趋势，因此调制效应对于某些电机的影响，大于低阶电磁力的振动。
附图说明
[0036]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0037]图1是本专利技术的开槽示意图；
[0038]图2是本专利技术的径向电磁力谐波组成表；
[0039]图3为本专利技术的径向电磁力对比图；
[0040]图4是本专利技术的调制效应示意图；
[0041]图5为本专利技术的永磁磁密对比图；
[0042]图6是本专利技术的优化前径向电磁力二维傅里叶分解图；
[0043]图7为本专利技术的优化后径向电磁力二维傅里叶分解图；
[0044]图8是本专利技术的装配图。
[0045]图中：1、机壳；2、绕组；3、定子铁心；4、转轴；5、轴承；6、磁轭；7、转子磁钢；71、辅助槽；8、后端盖。
具体实施方式
[0046]为使本专利技术实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施方式中的附图，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于转子磁钢开辅助槽的电机振噪优化方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：对需降噪的无刷永磁直流电机定转子内外径、槽极配合、槽形、整体结构、气隙厚度等进行分析确定；S2：将电机主要结构参数提炼完成之后，利用有限元软件建立模型，输入计算电磁力、气隙磁密的表达式并制定好积分路径、剖分后进行二维有限元仿真；S3：将仿真出来的径向电磁力结果进行傅里叶分解，分析并预测其中对振动噪声贡献最大的电磁力以及最低阶次电磁力，并考虑降低该阶次的幅值；S4：在电机的转子中心处开半圆形的辅助槽，并进行数量、位置、形状、槽口宽度等参数的寻优仿真，确定出的槽形为半圆形槽；S5：再寻优过程中寻找电磁力与开槽方法的规律，确定影响较大的谐波阶次，并在SOLIDWORKS中处理需要仿真的3D模型，以及声场仿真的的边界模型；S6：将计算完成的电磁力导入mechanical中进行振动分析，后将振动分析结果、处理好的3D模型导入进行噪声分析，将结果进行对比得出结论，验证改进效果。2.根据权利要求1所述的一种基于转子磁钢开辅助槽的电机振噪优化方法，其特征在于：通过分析方法，即对于定子磁场谐波以及转子主极谐波的分析方法可得知，主极磁场谐波极对数公式：u＝(2r+1)Pr＝0,1,2,3,
…
其中u表示主极磁场谐波的极对数，P为电机极对数，该公式即代表主极磁场的u次谐波。3.根据权利要求1所述的一种基于转子磁钢开辅助槽的电机振噪优化方法，其特征在于：通过分析方法，即对于定子磁场齿谐波以及转子主极谐波的分析方法可得知，定子磁场谐波极对数：其中v表示定子磁场谐波极对数，d表示的为每极每相对应的槽数。4.根据权利要求1所述的一种基于转子磁钢开辅助槽的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志勇，
申请(专利权)人：中星智航江苏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：