一种考虑多工况的漏磁可变式永磁同步电机及其低振噪优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑多工况的漏磁可变式永磁同步电机及其低振噪优化设计方法，包括以下步骤：通过永磁电机的磁路分布，得到永磁可变漏磁通，当电机处于不同运行工况时，通过调节永磁漏磁通的量来满足电机对转矩、调速范围、低振动噪声的需求；构建出分区域漏磁结构，实现漏磁可控，给出电机的初始结构；分析该漏磁可变式永磁同步电机在不同工况下的电磁振动特征，得出最低非零阶电磁力等性能的相关数据；评估电机关键参数对电磁性能的影响程度，并评估电机在不同工况下对性能的需求；通过多目标遗传算法进行综合优化，确定电机的最终尺寸。本发明专利技术能够让电机实现宽调速、高转矩性能的同时，抑制电机在不同工况下的振动噪声。抑制电机在不同工况下的振动噪声。抑制电机在不同工况下的振动噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑多工况的漏磁可变式永磁同步电机及其低振噪优化设计方法


[0001]本专利技术属于电机设计领域，涉及一种永磁同步电动机的低振动噪声优化设计方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着新能源汽车的快速发展，永磁同步电机以其功率密度高、效率高等特点在电动汽车领域得到了广泛的应用。然而，电动汽车不断变化的行驶环境和多变工况对电机及其驱动系统提出了多项更高的性能要求。传统永磁电机的永磁磁势相对恒定，气隙磁场难以调节，因此弱磁升速比较困难，限制了电机的调速范围。因此，可满足不同工况运行需求的漏磁可变式永磁同步电机受到国内外人士越来越多的关注。通过对磁障和永磁结构的针对性设计，漏磁可变式永磁同步电机具有重载无漏磁和轻载多漏磁的特点，可辅助实现低速大转矩，高速恒功率，满足电动汽车多变工况的运行需求。
[0003]但值得注意的是，随着驱动电机逐渐向高功率密度和轻量化方向发展，电机的振动和噪声问题日益突出，严重影响了乘客的驾驶体验。为此，学术界对电机系统的振动和噪声问题进行了大量的研究。经研究发现，气隙中径向电磁力所引起的电磁振动是永磁电机振动噪声的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑多工况的漏磁可变式永磁同步电机低振噪优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)分析永磁电机在不同工况下的磁路分布，得到永磁可变漏磁通，通过调节永磁漏磁通量的变化来实现电机在不同工况下的转矩、宽调速范围、低振动噪声的需求；步骤2)引入可变漏磁结构，实现漏磁可控，给出电机的初始结构；步骤3)推导该漏磁可变式永磁同步电机的径向电磁力函数，分析电机在不同工况下的电磁振动特点，得出最低非零阶电磁力等性能的相关数据；步骤4)评估电机关键参数对电磁性能的影响程度，确定关键设计变量变化范围，并依据电动汽车的实际运行模式，选定典型工况，并评估电机在不同工况下对性能的需求，确定变量目标，制定约束条件；步骤5)通过多目标遗传算法确定电机最终的设计变量尺寸，在保证电机基础电磁转矩性能的同时，实现电机在不同工况下的低振噪设计。2.根据权利要求1所述的一种考虑多工况的漏磁可变式永磁同步电机低振噪优化设计方法，其特征在于：步骤1)中，分析永磁电机在不同工况下的磁路分布时，根据电机的磁路走向，给出了简化的d，q轴等效磁路，q轴可变漏磁磁阻R
σ
与永磁漏磁通Φ
σ
的关系表达式可如下表示：如下表示：其中，N是电枢绕组匝数，R
g
是气隙磁阻，R
r
是转子磁阻，R
s
是定子磁阻，R
pm
是永磁体磁阻，I
q
为q轴电枢电流，Φ
pm
，Φ
q
分别为永磁磁通和q轴电流产生的磁通；当电机处于重载情况下时，通过式(2)，需要在q轴电流增大的同时，获得较大的q轴漏磁磁阻R
σ
来堵住永磁漏磁通，提高永磁有效磁势，增大电机的转矩输出能力；而在高速轻载时，随着感应电动势的增加，电枢电流降低，通过式(2)，需要较低的漏磁磁阻R
σ
，使得永磁体大量漏磁，削弱永磁有效磁势提高电机的调速范围，同时由于气隙磁场的削弱，电磁力的幅值也会下降，一定程度上也改善了电机的振动噪声问题。3.根据权利要求1所述的一种考虑多工况的漏磁可变式永磁同步电机低振噪优化设计方法，其特征在于：步骤2)中的可变漏磁结构，为实现漏磁可控在转子侧q轴上开有圆角三角形磁障6和弧形磁障7，与V型永磁体构成两块漏磁区域，实现V型永磁体自漏磁和极间漏磁，同时为避免永磁体无效漏磁，在d轴V型永磁体间增设了弧形磁障8。4.根据权利要求1所述的一种考虑多工况的漏磁可变式永磁同步电机低振噪优化设计方法，其特征在于：步骤3)中，引入漏磁结构的影响，推导漏磁可变式永磁同步电机在不同工况下的径向电磁力函数，考虑漏磁变化影响下的径向电磁力函数F
r
(θ,t):
式中，f
PM
(θ,t)，f
ARM
(θ,t)分别是永磁体磁动势和电枢磁动势，Λ(θ)是考虑开槽效应的气隙磁导，θ是机械角度，t是时间，μ0＝4π
×
10
‑7为真空磁导率，Φ
pmi
，Φ
σi
分别为第i次永磁磁通和第i次永磁漏磁通，F
k
分别为第k次电枢磁动势谐波幅值，i和k分别为永磁磁动势和电枢磁动势的谐波阶次，p和a分别是电机极对数和电机单元数，此处p＝a＝4，ω1，ω2为不同工况下的电流角频率，c
k
为电机旋转方向。5.根据权利要求1所述的一种考虑多工况的漏磁可变式永磁同步电机低振噪优化设计方法，其特征在于：步骤5)中，分工况确定低振动噪声优化设计的关键变量和优化目标，依据新欧洲电动汽车的实际驾驶周期，电动汽车的运行工况可分为四个运行区域：低速重载运行区域、频繁启动运行区域、正常行驶运行区域，以及高速巡航运行区域；结合电机的工作特性，通过其速度、转矩图，选取典型工况，如“额定负载”、“高速轻载”的工作点：A(1.0n
rated
,1.0T
rated
),B(3.3n
rated
,0.4T
rated
)；其中，n
rated...

【专利技术属性】
技术研发人员：全力，刘腾，朱孝勇，樊德阳，项子旋，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：