【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法。
技术介绍
1、近年来，随着环境污染的日益加剧以及能源紧缺带来的压力，传统汽车因为其燃油消耗及尾气排放受到了越来越多的质疑。增程式电动汽车因其节能和环保的优势发展迅速，在此之中轮毂电机驱动的增程式电动汽车受到了广泛的关注与研究。轮毂电机驱动系统将变速器、差速器、电机等集成于车轮内，并省去了传动装置等，在底盘布置方面具有巨大的优势，提高了传动效率。但同时也存在一定的缺点，将各个部件集成于车轮的空间内，在高扭矩工况运行下，电机易引起严重的振动噪声，甚至会影响其性能的下降。为此研究轮毂电机振动噪声产生机理进行探索以及对噪声抑制进行研究有着重要的意义。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法。
2、本专利技术所采用的技术方案有：
3、一种增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，包括如下步骤：
4、s1)根据增程式电动汽车轮毂电机的结构建立轮毂电机模型，通过所建立的轮毂电机模型计算出轮毂电机的永磁体气隙磁密；
5、s2)根据永磁体气隙磁密，基于麦克斯韦应力张量法，得到轮毂电机模型中永磁体径向力波；
6、s3)利用所述永磁体径向力波所涉及的转矩脉动和电机齿槽转矩对永磁体气隙长度进行优化分析；
7、s4)通过轮毂电机模型采用有限元数值分析法进行轮毂电机定子的模态分析；
8、s
9、s6)将谐响应分析所得轮毂电机定子的振动位移作为激励源导入声学分析，求解出轮毂电机模型的声压分布。
10、进一步地，步骤s1)中，根据增程式电动汽车轮毂电机的结构参数构建轮毂电机的几何模型，利用公式计算出永磁体气隙磁密，如下：
11、
12、其中，为总磁通；am为永磁体面积；ag为气隙磁通面积；rmo为永磁体磁阻；rg为气隙磁阻；br为剩磁密度。
13、进一步地，步骤s2)中，根据永磁体气隙磁密带入麦克斯韦应力张量法得到所述永磁体径向力波，公式如下：
14、
15、其中br和bt分别是永磁体气隙的径向和切向磁密，μ0是真空磁导率。
16、进一步地，步骤s3)中，对永磁体气隙长度进行优化分析，具体为：
17、将永磁体气隙长度分别设置为0.75mm，1mm，1.25mm，1.5mm，并建立轮毂电机仿真模型，通过正弦气隙磁场的气隙长度函数公式对最佳气隙长度进行选取，公式如下：
18、
19、其中，τ为定子齿宽，gemax为最大气隙长度；
20、利用ansys根据以上公式对电机进行仿真计算，将永磁体气隙磁密进行傅里叶分解得出各阶次谐波，并选取1.25mm尺寸的气隙长度。
21、进一步地，步骤s4)中，采用有限元数值分析法进行轮毂电机定子的模态分析，具体为：根据设置的最大模态阶数，对各阶模态进行求解，对比分析不同转速工况下轮毂电机模型的各阶固有频率和模态，电机振动方程可以表示为：
22、
23、其中，[m]为轮毂电机模型的质量矩阵，为质点振动加速度矢量，[k]为轮毂电机模型的刚度矩阵，{x(t)}为质点振动位移矢量；
24、对电机模态的数值研究就是求解电机振动方程中的微分方程，其解形式如下：
25、{x(t)}＝{φ}ewt
26、其中，{φ}为模态向量，w为模态固有频率。
27、进一步地，步骤s5)中，根据模态分析所得的轮毂电机模型的各阶固有频率和振动模态与优化好的永磁体气隙长度重新计算得到永磁体径向力波，并加载到模型中进行谐响应分析，具体为：
28、在轮毂电机机壳的螺孔处添加固定约束以固定装配体，将轮毂电机机壳外表面的仿真分析数据定义为噪声源，按照公式：
29、f＝np/60
30、其中，f为频率，n为转速，p为极对数。
31、进一步地，步骤s6)中，将谐响应分析所得的轮毂电机定子的振动位移作为激励源导入声学分析，求解出电机的声压分布，具体为：利用ansys，在轮毂电机模型外建立一个半径为lm的圆柱形作为噪声声场的计算模型，将声场材料定义为空气，把轮毂电机机壳外表面的振动速度作为振动噪声源，施加到圆柱形声场的内圆轮廓部分，以圆柱形声场的外圆轮廓边作为噪声计算的边界，设置求解频率范围。
32、本专利技术具有如下有益效果：
33、本专利技术利用定子电磁分析与定子模态分析相结合地方法，利用永磁体气隙长度地影响进行优化设计，得到最佳方案后在与谐波和声场进行耦合，相对于传统的分析方法，本专利技术更合理，对于电机径向电磁振动的定位更加精确，并找出更优的优化方案，成功降低电机噪声。
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1.一种增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：步骤S1)中，根据增程式电动汽车轮毂电机的结构参数构建轮毂电机的几何模型，利用公式计算出永磁体气隙磁密，如下：
3.如权利要求1所述的增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：步骤S2)中，根据永磁体气隙磁密带入麦克斯韦应力张量法得到所述永磁体径向力波，公式如下：
4.如权利要求1所述的增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：步骤S3)中，对永磁体气隙长度进行优化分析，具体为：
5.如权利要求1所述的增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：步骤S4)中，采用有限元数值分析法进行轮毂电机定子的模态分析，具体为：根据设置的最大模态阶数，对各阶模态进行求解，对比分析不同转速工况下轮毂电机模型的各阶固有频率和模态，电机振动方程可以表示为：
6.如权利要求1所述的增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：步骤S5)中
7.如权利要求1所述的增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：步骤S6)中，将谐响应分析所得的轮毂电机定子的振动位移作为激励源导入声学分析，求解出电机的声压分布，具体为：利用ansys，在轮毂电机模型外建立一个半径为lm的圆柱形作为噪声声场的计算模型，将声场材料定义为空气，把轮毂电机机壳外表面的振动速度作为振动噪声源，施加到圆柱形声场的内圆轮廓部分，以圆柱形声场的外圆轮廓边作为噪声计算的边界，设置求解频率范围。
...【技术特征摘要】
1.一种增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：步骤s1)中，根据增程式电动汽车轮毂电机的结构参数构建轮毂电机的几何模型，利用公式计算出永磁体气隙磁密，如下：
3.如权利要求1所述的增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：步骤s2)中，根据永磁体气隙磁密带入麦克斯韦应力张量法得到所述永磁体径向力波，公式如下：
4.如权利要求1所述的增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：步骤s3)中，对永磁体气隙长度进行优化分析，具体为：
5.如权利要求1所述的增程式电动汽车轮毂电机定子振动耦合研究方法，其特征在于：步骤s4)中，采用有限元数值分析法进行轮毂电机定子的模态分析，具体为：根据设置的最大模态阶数，对...
【专利技术属性】
技术研发人员：盛文杰，赵景波，冯俊萍，谢堂帅，曹臻博，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：
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