[发明专利]一种低振动永磁电机修型转子结构的设计方法

说明书

本发明公开了一种低振动永磁电机修型转子结构的设计方法，解决了由于电磁力调制效应导致电机噪声过大的问题。具体包括正弦谐波削弱以及正弦减十一次谐波削弱这两种转子修型方法，该方法可作用在内置式永磁电机转子铁心或表贴式永磁电机永磁体表面。永磁电机采用修型转子结构后，可显著降低对振动噪声起主要作用的气隙磁密谐波幅值，并提升电机气隙磁密的正弦度，进而达到削弱电磁力调制效应产生的低空间阶次径向电磁力，明显改善振动噪声并实现提高电机运行稳定性的目标。

技术领域

本发明涉及到一种低振动永磁电机修型转子的设计方法，属于新型低振动噪声电机制造的技术领域。

背景技术

永磁同步电机具有高功率密度、高转矩密度等特点，在电动汽车、船舶推进以及航空航天等领域具有很强的应用前景。近些年来随着永磁电机的进一步发展，永磁电机的运行稳定性问题也得到了进一步的关注。对于车用宽调速永磁电机而言，除了电磁性能以外，振动噪声情况对于整车舒适性影响很大，在基本保证永磁电机电磁性能的前提下，降低振动噪声非常关键。

目前对于抑制永磁电机的振动噪声的研究，主要是降低电机的最低空间阶次径向电磁力幅值。除了低阶径向力外，近两年的研究表明，高空间阶次的径向电磁力可通过电磁力的调制效应调制成低阶次的径向力，从而对振动噪声起重要作用。

文献电动汽车用V型磁钢转子永磁电机的电磁振动噪声削弱方法研究[J].中国电机工程学报,2019,39(16):4919-4926+4994.介绍了一种优化内置式电机转子磁障结构的方法，相比于其他的降低噪声方法，虽然这种结构可以提高气隙磁密的正弦度，改善转矩脉动，但由于该电机具有较高的调速范围，高速弱磁工况下转子结构的机械强度不能满足要求，从而限制了该优化方法的应用。

中国发明专利申请号202010006675.2公开了一种多相斜槽移极低振动噪声永磁电机，该发明电机应用转子永磁体分段斜极技术，可有效抑制电机气隙磁密谐波分量，降低齿槽转矩并降低转矩脉动，具有优异的降低振动和噪声效果。但是斜槽方法会产生不平衡轴向力，当电机体积较大时该不平衡轴向力尤为明显，这限制了该方法的应用范围。

中国发明专利申请号202010182789.2公开了一种低噪声轻量化永磁电机的转子结构，该电机转子磁极采用面包型永磁体结构，该结构可提高气隙磁密的正弦度，改善电机的振动噪声情况。但是该结构对于电机的平均转矩降低明显，且该方法并未考虑电磁力调制效应对振动噪声的影响，并不能很好的适用于各种槽极配合下的永磁电机。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种低振动永磁电机修型转子的设计方法，在保证可靠性和实用性的前提下，显著降低了永磁电机运行时产生的振动噪声，解决了现有降噪方法适用范围局限的问题，并能减小电机运行的齿槽转矩和转矩脉动。

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的：一种低振动永磁电机修型转子的设计方法，具体步骤方法如下：

步骤1，对目标永磁电机的结构参数进行分析，参数包括永磁电机的槽极配合、定子内外径大小、定子齿宽占齿距的比例以及定子和转子之间的气隙厚度等主要参数；

步骤2，确认电机尺寸模型上，对该电机进行建模分析，利用解析方法或商业有限元软件求解其径向磁密波形及电磁力波形并进行谐波分析，判断出对振动噪声起主要作用的谐波阶次，再确定合适的谐波削弱方法，确定转子修型公式及公式各项参数；

步骤3，确定了转子修型公式后，确定转子修型范围。接着利用坐标变换的方法，将极坐标数据变换为直角坐标，利用描点法将修型后的电机转子表面形状绘制出来。

步骤4，将得到的转子表面形状导入有限元软件，对比转子未修型的电机模型进行分析，得到谐波削弱后的径向力谐波幅值、转矩平均值及转矩脉动等性能指标。