本發(fā)明涉及到一種轉(zhuǎn)子開槽的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的方法，屬于新型高品質(zhì)低噪聲電機(jī)制造的。

背景技術(shù)：

1、永磁同步電機(jī)具有高效率、高功率密度、輸出轉(zhuǎn)矩大等特點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域，然而與此同時(shí)帶來的噪聲問題也受到了大家越來越多的關(guān)注。為突破永磁同步電機(jī)低振動噪聲的技術(shù)難題，提供低振動噪聲永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)方法就成了亟待解決的難題。為了抑制永磁電機(jī)的振動噪聲，主要從減少諧波含量，降低電機(jī)的低階次徑向電磁力幅值。因此，研究永磁同步電機(jī)振動噪聲的產(chǎn)生機(jī)制及其抑制方法具有非常重要的意義。

2、轉(zhuǎn)子開槽技術(shù)作為一種降低電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動的方法常應(yīng)用在工業(yè)電機(jī)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，其作用機(jī)理是通過開槽可以增大氣隙改變氣隙磁場，減少諧波含量從而達(dá)到降低噪聲的目的。該方法可參考移植，用在徑向電磁力的抵消上，從而抑制永磁電機(jī)的振動噪聲情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種轉(zhuǎn)子開槽的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的方法，該方法易于加工，可移植性強(qiáng)，對于整數(shù)槽永磁電機(jī)而言，削弱電機(jī)振動效果顯著。此外，該結(jié)構(gòu)還可以進(jìn)一步削弱轉(zhuǎn)矩脈動，優(yōu)化電磁性能，兼顧了降低振動和改善轉(zhuǎn)矩性能，大大提升了電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。

2、具體地說，本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種轉(zhuǎn)子開槽的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的方法，具體步驟方法如下：

3、步驟1：根據(jù)整數(shù)槽電機(jī)的使用工況，確立電機(jī)的尺寸大小，具體包括電機(jī)的定子尺寸、轉(zhuǎn)子尺寸以及永磁體的排列安置方式，再選擇合適的槽極配合；

4、步驟2：設(shè)計(jì)階段，須對該整數(shù)槽永磁電機(jī)進(jìn)行有限元建模，確立該電機(jī)的各項(xiàng)材料屬性，并進(jìn)行有限元仿真，獲取該電機(jī)的電磁性能參數(shù)，觀察電機(jī)的氣隙合成磁通密度分布和空間二維徑向電磁力分布；

5、步驟3：確定了氣隙磁通密度和徑向力的主要諧波分量后，從理論上分析其諧波產(chǎn)生來源，預(yù)測其對電機(jī)振動產(chǎn)生的主要影響，將有限元仿真得出的電磁計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入到聲學(xué)邊界元軟件，進(jìn)一步驗(yàn)證電機(jī)中的主要振動分量和預(yù)測的吻合度；

6、所述步驟1中整數(shù)槽電機(jī)的使用工況為車用永磁驅(qū)動工況，電機(jī)的定子尺寸包括定子外徑，定子內(nèi)徑以及定子齒的主要參數(shù)；轉(zhuǎn)子尺寸包括轉(zhuǎn)子外徑，轉(zhuǎn)子內(nèi)徑；永磁排列安置方式在所述實(shí)施例中為v型內(nèi)嵌式排列方式；根據(jù)整數(shù)槽永磁電機(jī)的具體設(shè)計(jì)要求，所述實(shí)施例中，電機(jī)定子鐵心的外徑為200mm，定子鐵心內(nèi)徑為120mm，轉(zhuǎn)子鐵心外徑為118mm，轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)徑為40mm。電機(jī)的定子槽數(shù)為48槽，轉(zhuǎn)子極數(shù)為8極，繞組繞制方式為雙層整數(shù)槽跨距，繞組跨距為5；

7、進(jìn)一步，所屬步驟2中，電機(jī)的各項(xiàng)材料屬性包括定轉(zhuǎn)子及永磁體使用的各項(xiàng)材料、材料密度以及永磁體剩磁大小等參數(shù)。實(shí)施例中，電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子材料型號為m250-35a，轉(zhuǎn)子永磁體材料為n38uh，定子繞組采用銅線繞制。硅鋼片m250-35a的材料密度為7600kg/m3，永磁體密度為7500kg/m3，銅線的密度為8900kg/m3。永磁體n38uh剩磁大小為1.26t。此外，電機(jī)的電磁性能主要包括空載反電動勢波形，齒槽轉(zhuǎn)矩以及額定轉(zhuǎn)矩等參數(shù)。由于采用整數(shù)槽結(jié)構(gòu)，電機(jī)的氣隙磁通密度波形和徑向電磁力波形呈現(xiàn)周期性分布；氣隙磁通密度波形周期數(shù)為轉(zhuǎn)子的永磁體極對數(shù)，徑向電磁力波形周期為轉(zhuǎn)子的永磁體極數(shù)。

8、進(jìn)一步，所述步驟3中，由電磁力的頻域分布圖可知所述實(shí)施例48槽8極整數(shù)槽永磁電機(jī)中，振動噪聲較大的頻段出現(xiàn)在12倍工頻處。

9、進(jìn)一步對轉(zhuǎn)子開槽采用三因素三水平試驗(yàn)，進(jìn)行試驗(yàn)，利用響應(yīng)曲面法計(jì)算出位置角度、寬度、深度對噪聲的影響，通過建立二次回歸模型得到響應(yīng)曲面，得到最優(yōu)解。

10、本發(fā)明具有以下有益效果：

11、1、本發(fā)明中永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子開槽后，電機(jī)空載、負(fù)載運(yùn)行狀況下的振動情況削弱明顯，運(yùn)行穩(wěn)定性有提升顯著。

12、2、本發(fā)明在降低永磁電機(jī)振動的同時(shí)兼顧電磁性能的改善，具體表現(xiàn)在降低了永磁電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動，提升了空載反電動勢正弦度。

13、3、本發(fā)明采用的轉(zhuǎn)子開槽方式，加工工藝簡單，可移植性高，可以克服傳統(tǒng)減振降噪方法的局限性，適用范圍廣。

14、綜上，本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)子開槽的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的方法，不僅可以顯著降低永磁電機(jī)的振動情況，同時(shí)還兼顧電磁性能的優(yōu)化改善，應(yīng)用范圍廣泛，加工工藝簡單，并且能夠克服了傳統(tǒng)方法的加工復(fù)雜，應(yīng)用范圍小的局限性。

技術(shù)特征：

1.一種轉(zhuǎn)子開槽的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的方法，具體步驟如下：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)子開槽的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的方法，其特征在于，所述步驟2中，電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子材料型號皆為m250-35a，轉(zhuǎn)子永磁體材料為n38uh，定子繞組采用銅線繞制；永磁電機(jī)的電磁性能主要包括空載反電動勢波形，齒槽轉(zhuǎn)矩以及額定轉(zhuǎn)矩參數(shù)；此外，整數(shù)槽永磁電機(jī)的氣隙磁通密度波形和徑向電磁力波形呈現(xiàn)周期性分布，氣隙磁通密度波形周期數(shù)為轉(zhuǎn)子的永磁體極對數(shù)，徑向電磁力波形周期為轉(zhuǎn)子的永磁體極數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種轉(zhuǎn)子開槽的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的方法，其特征在于，對轉(zhuǎn)子開槽的位置角度α、開槽深度h和開槽寬度b的確定，具體方式如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述得到的最優(yōu)解進(jìn)行試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行對比，可以進(jìn)一步判斷預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種轉(zhuǎn)子開槽的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的方法，其特征在于，該方法可以用于內(nèi)置式永磁同步電機(jī)開槽結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，降低電機(jī)的噪聲。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)子開槽的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)的方法，該方法針對原電機(jī)噪聲大的問題進(jìn)行分析并優(yōu)化，主要解決了永磁同步電機(jī)在高速產(chǎn)生的高頻嘯叫問題。通過在轉(zhuǎn)子上開槽來降低轉(zhuǎn)矩脈動和徑向電磁力波幅值，來降低噪聲。本發(fā)明通過對轉(zhuǎn)子進(jìn)行開槽的內(nèi)置式永磁轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，削弱非正弦電樞反應(yīng)磁場分布所產(chǎn)生的低次諧波磁場，減少轉(zhuǎn)子渦流損耗，提升電機(jī)綜合運(yùn)行效率的同時(shí)降低了噪聲。

技術(shù)研發(fā)人員：王榮,劉江權(quán),陳虎城,郭亮宏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：桂林電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10