电动汽车用V型磁钢转子永磁电机的电磁振动噪声削弱方法研究

电动汽车用永磁同步电机的电磁振动噪声水平直接影响着电动汽车的NVH性能。基于理论分析与Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台电动汽车驱动用永磁同步电机的电磁噪声特性,并进行优化分析。电机的电磁噪声主要来源于电机定子齿部的电磁激振力,不同转子结构会对磁场产生不同的影响,通过优化转子隔磁桥结构进而改变电机定子齿部的电磁激振力,降低电机的振动噪声。分别建立优化前后电机的电磁场有限元模型,仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力;建立优化前后电机结构3D有限元模型,计算电机结构的径向模态频率;通过对电机定子结构的振动响应进行有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱。最后,通过ANSYS Acoustics有限元仿真分析得到电机电磁噪声特性。通过对比优化前后的结果可知,优化后的电机在保证电磁性能的前提下有效降低了电机的振动噪声,并通过实验验证了仿真结果的有效性。     

基于Nastran的立式电机定子的振动仿真研究

采用Pro/E软件建立电机定子虚拟样机模型,利用有限元方法进行了电机定子的运动学仿真和静力仿真,得到了定子地脚螺栓的力学状态、系统的多阶固有振动频率、振型以及应力、位移等参数值。根据仿真结果,分析了定子的危险位置和振型。同时对不同铁心长度的电机定子作结构对比分析,获得电机定子长度的可行性度设计参数区间。仿真结果对振动实验和定子结构优化具有指导意义。     

基于气隙变化的开关磁阻电机结构优化设计

针对电动汽车用开关磁阻电机转矩脉动大的问题,深入分析了电感、磁路饱和程度、径向力等对转矩及转矩脉动产生的影响,提出了设计并优化定子斜齿结构的方案,通过建立坐标系,用方程表示定子斜齿前沿所在直线和转子的运动轨迹,推导了转矩随定子结构改变的直接变化关系。对不同定子齿结构进行有限元仿真,验证理论推导,对比转矩脉动、最大转矩、电感、磁密等参数,确定最优定子斜齿结构。研究结果表明:通过电机优化设计,最大转矩增加20.8Nm,平均转矩增加23Nm,转矩脉动下降13%,提高了转矩输出能力,减小了转矩脉动。     

车用永磁同步电机的不同转子拓扑结构性能对比及振动噪声分析

为了能够研究不同转子拓扑结构对新能源汽车驱动电机的输出能力和振动噪声性能影响,在保证电机尺寸和定子结构参数一致,磁钢用量接近的前提下,通过多目标优化设计四款转子拓扑结构,使电机具有相同的输出能力。通过有限元仿真分析,对四款电机的输出性能、弱磁率、凸极率、电磁力密度和振动噪声进行对比分析。     

车用永磁同步电机的电磁噪声特性

电动汽车牵引用永磁同步电机要求具有低速大转矩和高速恒功率的运行能力,低速大转矩运行工作点的大电流和高速弱磁导致的磁场畸变可能会导致作用于电机结构的电磁力幅值增大,容易引发较大的电磁振动噪声,从而影响电动汽车的NVH性能。本文基于Ansys多物理场有限元分析平台,研究一台20k W车用永磁同步电机的电磁噪声特性。分别建立电机的电磁场有限元模型和定子结构的3D模态有限元模型,通过仿真得出作用于电机定子齿部的电磁激振力和电机结构的低阶径向模态频率;从电磁力和电机结构两方面分析可能引发较大电磁噪声的主要来源。通过对电机定子结构的振动响应有限元仿真,得到电机定子结构的振动响应频谱;最后通过声场的有限元仿真分析车用永磁同步电机的电磁噪声特性。     

不同定子模块化结构对分数槽永磁电机性能的影响

在分数槽集中绕组(FSCW)永磁电机的基础上进行了定子模块化改造,设计了四种不同的定子模块化结构,包括非隔磁类(T型、齿轭分离型)、隔磁类(E型、C型),以及缠绕齿和非缠绕齿不同时带齿尖的两种新型齿尖结构。建立相应的有限元电机模型,研究探讨了定子模块化类型与齿尖结构对FSCW永磁电机性能的影响。仿真结果表明模块化结构永磁电机选取合适的定子间隙可降低齿槽转矩。12槽10极电机采用的缠绕齿带齿尖结构可提高电机性能。     

永磁电机定子参数化建模及结构灵敏度分析

电机定子固有频率的研究对降低电机电磁噪声和抑制电机的振动有重要的意义,本文在Ansys中基于参数化程序设计语言(APDL)实现了电机定子结构的参数化建模,并在此基础上对电机定子的低阶固有振型和固有频率进行了仿真计算,通过定子模态试验验证了该模型的有效性,最后对齿数、轭厚、铁心外径、机壳厚度以及定子轴向长度等主要结构参数对定子总成振动特性影响进行了灵敏度分析,结果表明,机壳厚度和铁心外径对定子总成固有模态的影响最大,而铁心长度对定子固有模态的影响较小,为电机定子结构的设计和优化提供了重要依据,为进一步实现低电磁噪声电机的定子结构设计提供支持.     

行波型超声波电机定子的对比实验研究

根据定性分析超声波电机设计所涉及的材料、结构和尺寸等问题,设计了不同结构参数的定子.利用有限元法建立了带齿的行波型超声波电机定子的模型,并进行定子的振动模态分析和共振频率的计算.通过实验测试超声波电机的输出特性,分析了不同结构参数的定子对超声波电机输出特性的影响.最后,通过分析结果和实验结果的比较,对超声波电机弹性体厚度与压电陶瓷厚度的比值范围提出了一定看法.     

轮毂电机振动噪声抑制措施

外转子永磁同步电机作为轮毂电机较多地应用在电动汽车上,但以轮毂电机为目标的振动噪声研究却较少。以一台额定功率为10 kW、额定转速为500 r/min的轮毂电机为例,通过构建轮毂电机的2D有限元模型,对电机的径向电磁力密度和振动噪声特性进行有限元仿真计算。从极弧系数和定子齿上开辅助槽两个方面对外转子轮毂电机的振动噪声特性进行研究。仿真结果表明：轮毂电机极弧系数为0.72左右时,振动噪声特性较好;在定子齿顶开设不对称的双辅助槽显著提升了电机的振动噪声特性。     

基于杂散损耗分析的感应电机定子齿参数优化

为研究低杂散损耗的定子齿参数,对引起杂散损耗的电机谐波磁场进行了理论分析,建立了有限元电机杂散损耗计算模型,分析了11 k W铸铝转子感应电机定子齿参数变化对电机杂散损耗的影响。分析结果表明,定子齿参数对电机杂散损耗影响程度由大到小依次为定子齿顶拱高、定子齿顶宽、定子齿宽和定子齿顶高。在保持电机转矩特性的前提下,结合有限元分析结果,对感应电机定子齿参数进行优化,电机杂散损耗降低了29.8 W(约占优化前杂散损耗的23.4%)。     

立式电机转子的振动特性仿真研究

采用Pro／E软件建立了电机转子虚拟样机模型,导入VisualNastran仿真软件中利用有限元方法进行了电机转子的动力学仿真、应力应变仿真和模态仿真．得到了转子两端轴承的力学状态、系统的多阶固有振动频率、振型以及应力、应变、位移等参数值。根据仿真结果,分析了转子的危险位置和振型。结果表明现有转子的结构基本满足设计要求,同时为满足客户的不同需要,采取改变铁心长度的措施,通过对一系列电机转子的仿真分析和结构对比分析,获得电机转子长度的可行性度设计参数区间。仿真结果对振动实验和定子结构优化具有指导意义。     

行波接触型超声波电机定子振动有限元分析

行波接触型超声波电机是一种利用压电晶体的逆压电效应获得驱动力矩的新原理微特电机,它与由电磁作用获得转矩的电磁型电机的工作原理截然不同。该文在考虑定子环沿径向厚度变化及内外边界约束条件的基础上,建立了带有齿的行波接触型超声波电机定子模型,利用有限元法进行了定子模态和强迫振动响应分析,研究了定子直径和齿高对定子振动的影响。通过计算结果与实验的比较,证明有限元方法对于由复合材料构成、具有齿的结果超声波电机定子振动的分析是一种行之有的方法。     

永磁同步电机定子系统模态振型研究

针对永磁同步电机振动及噪声的问题,从电机定子系统的结构模态入手,通过仿真分析不同铁心模型及不同机壳厚度对定子系统的影响,分析定子各参数对电机振动及噪声的影响。通过试验验证了仿真求解的可靠性,得到各参数对定子系统振型影响的一般规律。     

不同结构轴向磁通永磁电机的有限元设计与对比研究（英文）

针对特定用途的轴向磁通永磁电机,开展相关分析与设计。考虑到特殊的外形尺寸,对永磁体径向宽度、轴向厚度,定子齿尖厚度等关键尺寸进行了参数化设计。优化了三种不同结构的轴向磁通电机,同时针对电磁性能以及定子振动模态进行了对比研究,分别是双定子中间转子结构的AFIR电机,双转子中间定子结构的TORUS-NN和TORUS-NS电机。三维有限元计算以及理论分析方法验证了整个优化过程。     

电机定子系统振动模态的研究分析

针对电机定子系统的振动与噪声特性,利用Ansys有限元仿真软件对电机定子系统三维模型进行模态仿真,得到电机定子系统的固有频率与振形,并通过试验对仿真结果进行验证。同时,对电机进行电磁仿真,分析其气隙磁密与电磁力谐波,得到电机内部电磁力各次谐波频率。将电磁力谐波频率与电机固有频率进行对比,确保电磁力谐波不会引起电机定子系统共振。验证了电机结构的合理性,为同类产品的设计优化提供了一定的参考价值。     

电动汽车驱动用分数槽永磁同步电机电磁噪声优化

分数槽永磁同步电机因存在较低阶次的径向电磁力,导致其电磁噪声较大。基于理论分析、Optislang多目标优化平台与Ansys多物理场有限元分析平台,对一台电动汽车驱动用8极36槽永磁同步电机的电磁噪声进行分析和优化。电机的电磁噪声主要是由作用于定子齿上的径向电磁力波使定子铁心振动变形引起,在定子齿顶开辅助槽并对其齿槽参数进行优化,以削弱径向电磁力。建立电机的二维有限元模型,利用Optislang对不同工况下的定子辅助槽及齿槽参数进行多目标优化,计算得到Pareto前沿并从中找到相对最优解。对比分析电机优化前后定子齿部的径向电磁力,将其映射到所对应的三维结构上,利用Ansys计算得到电机优化前后的电磁噪声,并通过样机的噪声试验验证了仿真结果的有效性。     

车用发电机的电磁振动特性分析

建立车用爪极发电机的三维有限元模型,基于该模型使用Ansoft仿真软件计算得到径向电磁力波;其次,使用Ansys Workench软件对定子总成进行模态分析,得出其各阶固有频率和振型,结果表明前后端盖处的振动变形较为明显;最后,把计算得到的电磁力加载到定子齿面上计算定子总成的电磁振动响应,对其振动特性进行分析。基于对发电机电磁振动特性的分析,可在设计阶段对发电机的相关参数进行优化设计以降低电磁振动的影响。     

内置永磁同步电机减振设计与研究

以一台内置永磁同步电动机为例,结合有限元方法,对其电磁振动进行了研究。首先根据样机基本参数建立了二维有限元模型,分别计算了其在额定工况下运行的时间和空间磁密分布,并求解了其径向磁密,根据麦克斯韦张量法得到了其定子齿所受径向电磁力。然后基于定子齿所受径向电磁力的分布规律,提出一种定子齿顶偏移的结构来削弱定子齿受到的较大的径向电磁力。不仅削弱了幅值较大的径向电磁力,又减小了转矩波动。对优化前和优化后定子齿受径向电磁力进行对比,且分别进行了频谱分析。最后将径向电磁力作为载荷对电机进行了瞬态动力学分析,比较了优化前和优化后电机的振动位移;对优化前电机进行振动实验,与仿真结果进行对比,验证了研究方法的正确性。该文方法对内置永磁同步电机的减振降噪提供了参考依据。     

混合定子齿无轴承开关磁阻电机定子振动特性研究

凸极定转子结构及开关电源供电方式使得无轴承开关磁阻电机(BSRM)存在较大的电磁振动问题。混合定子齿无轴承开关磁阻电机可实现转矩和悬浮力之间的解耦,从而简化数学建模和控制策略。本文基于一12/14混合结构BSRM,研究了混合定子齿BSRM的定子振动特性。介绍了悬浮运行原理,分析了径向电磁力特性,运用了有限元法对电机进行了模态分析,并且建立了系统振动仿真模型,然后通过和传统BSRM进行对比,综合分析了混合定子齿BSRM的振动特性。     

不对称磁障对IPMSM电磁振动噪声的影响分析

针对目前一些采用不对称磁障法降低内置式永磁同步电机(IPMSM)转矩脉动的研究并未细致分析其对电机电磁振动噪声产生何种影响的问题,以一台37 kW IPMSM为研究对象,建立了原始电机和具有不对称磁障结构电机的电磁场有限元模型与振动噪声耦合模型,对比分析了不对称磁障结构对电机振动噪声的影响。从理论上分析了永磁电机径向电磁力波的阶次、频率特征,并利用有限元法与二维傅里叶分解法对得到的气隙处径向电磁力波进行分解。建立定子结构有限元模型,对其进行模态分析。在仿真平台搭建振动噪声耦合模型,仿真得到电机定子振动响应与电磁噪声。结果表明,采用不对称磁障的设计方法虽然能降低电机的转矩脉动并且不会牺牲电机输出转矩,但会产生其他倍频的电磁力,增加相对应频率点的振动响应,增大电机的振动噪声,设计时需综合考虑。