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。     

考虑定子齿结构的行波超声波电机接触摩擦模型

本文分析了定子的振动、定转子的法向接触和切向摩擦,考虑了定子齿结构,采用解析法建立了环形行波超声波电机定转子接触摩擦模型。基于所建立的模型,分析了定子表面质点与转子间的接触时间和切向摩擦力以及电机的转矩-转速特性。此外,也对考虑定子齿结构和忽略定子齿结构的模型计算结果进行对比,结果显示,在相同的预压力下,考虑定子齿结构时,定子表面质点与转子的接触时间比忽略定子齿结构时要长,而且转矩-转速特性的计算结果要低于忽略定子齿结构时的计算结果。最后,将理论计算结果与实验结果进行了对比,考虑定子齿结构时的计算结果比忽略定子齿结构时更接近实验值,说明考虑定子齿结构的接触摩擦模型能准确地反映定转子间的接触和摩擦特性。     

轴向磁场磁通切换型永磁电机齿槽转矩抑制

轴向磁场磁通切换型永磁(Axial Field Flux-Switching Permanent Magnet Machine,AFFSPM)电机是一种高功率密度、高效率的新型永磁电机,但由于其定、转子的双凸极结构引起的聚磁效应,同传统的永磁电机相比,该结构电机的齿槽转矩较大。为了减小齿槽转矩,进一步提高电机性能,本文对AFFSPM电机的齿槽转矩进行了分析,首先推导了齿槽转矩的解析表达式,然后对转子齿面开辅助槽法进行了研究,采用实验设计(DOE)方法得到了齿槽转矩与辅助槽槽宽、槽深和槽扇形角之间的数学模型,计算出使齿槽转矩最小的辅助槽槽宽、槽深和槽扇形角的最优组合,并通过三维有限元法(FEM)验证了所得结果的正确性。结果表明,转子齿开辅助槽可以有效地削减齿槽转矩,转子齿面开两个辅助槽,优化辅助槽口宽度、槽口深度和槽口形状为3°、1.79mm和1.62°,齿槽转矩最大可以减小约44.3%。     

螺旋叶片转子超声电机运动特性分析与测试

为了提高超声电机的疲劳寿命及驱动能力,提出一种利用郎之万振子纵向振动与螺旋形叶片转子相结合构造的旋转型超声波电机结构,从转子叶片受振动端面的纵向振动作用出发,分析了叶片接触点的运动轨迹方程,并对该电机的驱动机理及转子运动特性进行了理论分析,得到了电机驱动力、驱动力矩、瞬时转速与平均转速与电机参数之间的关系;制作试验样机并进行了实验测试,获得了振子端面振幅、预紧力与电机空载转速、扭矩之间的关系;当驱动电压为220 V,振子端面振幅为11.15·m;预紧力为150 N时,最大空载转速为147 r/min;预紧力为250 N时,扭矩最大为225 N·mm。     

混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁电机特性分析与试验研究

提出了一种适用于电动汽车驱动系统的E型铁心混合励磁轴向磁场磁通切换型永磁(HEAFFSPM)电机。以一台三相6/10极电机为例,基于三维有限元方法全面研究该电机静态特性,包括气隙磁密、空载永磁磁链、空载反电动势、电磁转矩、转矩-电流特性、绕组电感和磁场调节能力等;研究转子齿扇形角度和转子斜极对电机反电动势和齿槽转矩的影响,分析表明转子齿扇形和转子斜极可以改善反电动势和齿槽转矩波形。制造了一台2 k W样机并对其进行测试,验证了有限元分析结果的准确性,结果表明HEAFFSPM电机的磁链和反电动势均为正弦分布,带载能力和磁场调节能力均较强。     

环形行波超声波电机动态接触摩擦特性建模与分析

超声波电机的接触摩擦模型对电机结构设计和性能优化具有重要作用。该文考虑定子齿结构，基于Dahl摩擦这一动态摩擦定律，分析了定子振动的瞬态响应过程、定子齿质点与转子的法向接触和切向摩擦及转子运动方程，建立了环形行波超声波电机定转子动态接触摩擦解析模型。基于所建立的模型，研究了定转子间的接触状态和法向接触应力，以及相对速度和切向摩擦应力，并分析了电机的输出性能。最后，测量了样机的输出特性，将测量值与所建立模型的计算值进行比较，二者基本吻合。此外，也对比了忽略定子齿结构并采用库仑摩擦定律的接触摩擦模型的计算值，结果表明，所建立模型的计算值能更好地与实验值相吻合，说明所建立的模型能够更准确地描述定转子接触摩擦传动特性。     

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。     

基于电枢齿偏移法双面转子永磁同步电机振动噪声特性的研究

双面转子永磁同步电机具有功率密度高、恒功率运行范围宽与低速大转矩输出能力强的特点.电机在大转矩输出与高速恒功率运行时电流会导致双层气隙磁场分布畸变,易引发较大的电磁振动噪声.该文基于一台85kW双面转子永磁同步电机,首先对双层气隙磁场分布规律进行分析,通过引入偏移因子提出一种基于内、外电枢齿偏移削弱电机振动噪声的方法,推导出电枢齿偏移电磁激振力波的解析表达式,总结出电磁激振力波的变化规律.然后借助有限元平台对比分析内、外电枢齿偏移前后振动响应频谱与噪声特性,结果证明所提方法可以有效削弱电机的振动噪声.最后对样机主要噪声分布工作点进行测试,测试结果与解析计算及仿真分析结果相符,验证了所提的双面转子永磁同步电机振动噪声分析与削弱方法的准确性,为该类电机振动噪声的计算分析与识别抑制提供参考.     

转子结构优化削弱车用永磁同步电机振动噪音

针对内置式永磁同步电机由低阶齿谐波引起的电磁力波产生的电磁噪声大的问题,以一款8极48槽内置式永磁同步电机为研究对象,结合麦克斯韦应力张量法与气隙磁场理论给出低阶齿谐波引起的主要噪声倍频.提出了采用转子分段斜极和转子开辅助槽的方法来削弱由低阶齿谐波引起的径向电磁力波,从而削弱该电机的电磁振动和噪音.建立了转子分段斜极的电磁力波解析模型,分析了转子分段斜极与转子开辅助槽对电机电磁噪音的削弱机理.建立了电磁有限元和结构声场耦合模型进行仿真分析,仿真结果表明由一阶齿谐波引起的0阶12f1电磁力在电机工作高速时接近定子0阶固有频率时会达到共振条件激发幅值大的噪音.样机噪声实验结果表明转子结构优化后有效削弱了由一阶齿谐波引起0阶12f1电磁力产生的48倍频电磁噪音.     

船用永磁同步电机定子模态与振动研究

船用电机往往对振动具有很高的要求,对电机进行优化设计是非常必要的。由于目前对电机振动的研究大多基于薄壳理论,无法考虑定子铁心叠片结构、定子齿槽结构和电枢绕组对电机振动造成的影响。针对上述问题,首先通过试验对有限元仿真模型进行修正,然后采用修正后的有限元模型对三种不同槽型的定子结构进行仿真分析,分别计算了在不同轭厚、齿长、齿宽的结构参数下电机的模态参数和振动情况,并得出了一系列的结论,为类似电机的振动优化设计提供参考。