[发明专利]一种基于磁路法与有限元法的电机噪声优化方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及永磁同步电动机领域，尤其涉及一种基于磁路法与有限元法的电机噪声优化方法及装置。

背景技术

节能减排是全球发展的趋势，而棉纺行业是能源消耗的大户，它的运行时间24小时，工作用的电机用电成本占棉纺行业第二大支出成本，使用高效节能永磁电机(有铁芯)属于一种手段，但其存在齿槽转矩的问题。而且纺织用的电机所产生的噪声也是不容忽视的问题，当电机的噪声过大时，不仅影响其正常运行，甚至出现电机的扫膛，而且也影响工作人员的作业。电机的噪声主要来源于电磁噪声，由于电机气隙空间磁场是一个旋转的力波，它的径向电磁力波会使定转子发生径向变形与周期性的震动，产生电磁噪声。当其定子固有频率与其接近时，就会引起共振，增大噪声与振动。对机器以及现场作业人员具有严重不良的影响。

目前，永磁同步电机测量噪声有以下几个方面：

(1)铅屏蔽法是用铅板做成的密封隔声罩覆盖在机器上，依次测量露出的各辐射面，得到辐射面上各处的辐射声压级。此方法对于复杂结构的内燃机，很难做到完全覆盖，从而影响测量精度；且对测试的声学环境有一定的要求，测试成本较高。

(2)近场测量法，又称声通道法，是将要测量的辐射表面的噪声用导管引出，在管道另一端设置传声器，并用隔板将其他噪声隔开进行测量。这种方法精度不高，应用范围不广。

(3)表面振动法是通过测量表面振动求得辐射噪声，不需要特殊的声学环境。但是对于不同对象，确定测点的位置和点数要靠经验来决定。

(4)基于间接边界元法测出永磁同步电机的噪声模型：运用LMS Virtual.LabAcoustics大型有限元声学计算软件建立电机声场模型，采用实测电机机壳表面法向振动加速度预估电机内部辐射噪声声场。将试验中测得的电机机壳表面振动的法向加速度直接作为声场计算的边界条件，声学计算基于Helmholtz积分公式，是一种理论计算与实验测量相结合的方法。但是由于测量困难以及误差，此模型不是十分准确。

因此，现有技术中对永磁同步电机的噪声的测量精度以及测量成本较高，且难以在测量过程中对永磁同步电机的参数进行调整，以达到优化电机噪声的目的。

发明内容

本发明实施例提供了一种基于磁路法与有限元法的电机噪声优化方法及装置，解决了现有技术中对永磁同步电机的噪声的测量精度以及测量成本较高，且难以在测量过程中对永磁同步电机的参数进行调整，以达到优化电机噪声的目的的技术问题。

本发明实施例提供的一种基于磁路法与有限元法的电机噪声优化方法，包括：

通过磁路法设计，将电机的磁场简化为磁路，并生成电机的初步设计模型；

根据有限元法分析电机的初步设计模型中影响电机的齿槽转矩的参数，并选取可削弱电机的齿槽转矩的参数数值；

根据参数数值对电机进行径向电磁力波的求解，求出电机的定子齿部所受到的径向力波，并将获得的求解结果进行谐响应分析；

根据谐响应分析得到的振动加速度，将振动加速度输出到电机的定子外壳，进行声场分析，获得电机周围的噪声分布情况。

可选地，通过磁路法设计，将电机的磁场简化为磁路，并生成电机的初步设计模型包括：

根据电机的结构参数，通过磁路法设计，将电机的磁场简化为磁路，并生成电机的初步设计模型；

划分出电机的定子齿部以及绘制电机的通风孔，并对电机的气隙区域进行多层的网格剖分。

可选地，根据有限元法分析电机的初步设计模型中影响电机的齿槽转矩的参数，并选取可削弱电机的齿槽转矩的参数数值包括：

根据有限元法对电机的初步模型中的磁极极弧系数和磁极偏心距进行参数化扫描，在磁极极弧系数和磁极偏心距的变量范围中选取可削弱电机的齿槽转矩的磁极极弧系数和磁极偏心距。

可选地，根据参数数值对电机进行径向电磁力波的求解，求出电机的定子齿部所受到的径向力波，并将获得的求解结果进行谐响应分析包括：

对选取了可削弱电机的齿槽转矩的磁极极弧系数和磁极偏心距后的电机根据麦克斯韦应力张量法进行径向电磁力波的求解，并将获得的求解结果输入到绘制好的电机的三维模型的定子齿部截面，对绘制好的电机的通风孔施加边界条件，进行谐响应分析。

可选地，根据谐响应分析得到的振动速度输出并进行声场分析，获得电机的噪声分布情况包括：

根据谐响应分析得到的振动加速度，将振动加速度输出到电机的定子外壳并将电机的定子外壳作为噪声源进行声场分析，获得电机周围的噪声分布结果。