CN113505495A - 一种永磁同步电机定子电磁力分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电磁仿真技术领域，公开了一种永磁同步电机定子电磁力分析方法，包括：根据电机的定子的总齿槽数Z和极数2p，确定需要计算电磁力的齿数Z1,其中，Z1＝Z/(2p)；电机在一设定转速下，将定子的齿面设定为一直线，将各个齿面上所有节点的X向力和Y向力分别进行复数求和，得到Z1个齿面的X向力和Y向力；取Z1个齿面的X向力和Y向力的实部值，对Z1个齿面的电磁力进行径向力求和，得到Z1个齿面的径向力合力F；对Z1个齿面的径向力合力F进行傅里叶变换，得到设定转速下各个频率的电磁力。根据本发明所提供的方法，可以分析一个电磁力波范围内的定子齿面径向力合力，通过合力的阶次大小，衡量评价电机的噪声水平。

Description

一种永磁同步电机定子电磁力分析方法
技术领域
本发明涉及电磁仿真技术领域，尤其涉及一种永磁同步电机定子电磁力分析方法。
背景技术
在用电磁分析软件进行电磁仿真时，电磁分析软件可以计算电机定子电磁力，但不能直接计算出电机的电磁噪声。现有电磁力计算软件输出的电磁力为一个定子截面上的时域力，而对电机噪声来说，需要评估各个频率下的噪声幅值，就需要用到频域电磁力，且永磁同步电机关注的为电机主阶次噪声，因而需要将时域电磁力求解到频域电磁力，但是现有技术中没有相应的方法进行计算。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁同步电机定子电磁力分析方法，能够计算一个电磁力波范围内的定子齿面径向力合力，从而对电机噪声进行衡量评价。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种永磁同步电机定子电磁力分析方法，包括：
根据电机的定子的总齿槽数Z和极数2p，确定需要计算电磁力的齿数Z1,其中，Z1＝Z/(2p)；
电机在一设定转速下，将定子的齿面设定为一直线，将各个齿面上所有节点的X向力和Y向力分别进行复数求和，得到Z1个齿面的X向力和Y向力；
取Z1个齿面的X向力和Y向力的实部值，对Z1个齿面的电磁力进行径向力求和，得到Z1个齿面的径向力合力F；
对Z1个齿面的径向力合力F进行傅里叶变换，得到设定转速下各个频率的电磁力。
作为优选，若计算电磁力时设置有静偏心，则选择小气隙方向的Z1个齿面。
作为优选，若计算电磁力时设置有静偏心，则选择距离偏心方向轴线最近的Z1个齿面。
作为优选，设置静偏心时，偏心量为最大设计偏差的二分之一。
作为优选，一个齿面的径向力为Fysinθ-Fxcosθ，其中Fx为该齿面的X向力，Fy为该齿面的Y向力。
作为优选，Z1个齿面的径向力合力
Figure BDA0003186165230000021
其中，i为第i个齿面。
作为优选，若电机有斜极，则对每段斜极对应的Z1个齿面的径向力合力F进行求和，得到多段斜极对应的多组Z1个齿面的径向力总合力F合力，然后对总合力F合力进行傅里叶变换，得到设定转速下各个频率的电磁力。
本发明的有益效果：
由于电机定子表面的径向力是引起永磁同步电机电磁噪声的主要激励，根据本发明所提供的方法，可以分析一个电磁力波范围内的定子齿面径向力合力，通过合力的阶次大小，衡量评价电机的噪声水平，可将该参数设置为电磁力优化指标，对电磁力优化指明了方向，为解决电驱噪声问题提供了可行的操作方法。
附图说明
图1是本发明实施例所述的永磁同步电机定子电磁力分析方法的流程图；
图2是本发明实施例所述的永磁同步电机定子电磁力分析方法中定子结构的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，本发明提供了一种永磁同步电机定子电磁力分析方法，包括如下步骤：
步骤一、根据电机的定子的总齿槽数Z和极数2p，确定需要计算电磁力的齿数Z1,其中，Z1＝Z/(2p)。
在此步骤中，若计算电磁力时设置有静偏心，则选择小气隙方向的Z1个齿面。
具体地，若计算电磁力时设置有静偏心，则选择距离偏心方向轴线最近的Z1个齿面。
更为具体地，设置静偏心时，偏心量为最大设计偏差的二分之一。
在本实施例中，如图2所示，以8极48槽电机为例，需要分析6个齿面的电磁力，若偏心方向的坐标轴未穿过一齿面的中线，选择距离偏心方向轴线最近的Z1个齿面；若偏心方向的坐标轴穿过一齿面中线，则(Z1-1)个齿在该轴线两侧对称选择，第Z1个齿面选择对称轴的左侧(以偏心方向为Y-方向，右为X+方向，Z+向垂直指出纸面)的齿面。
步骤二、电机在一设定转速下，将定子的齿面设定为一直线，将各个齿面上所有节点的X向力和Y向力分别进行复数求和，得到Z1个齿面的X向力和Y向力。
步骤三、取Z1个齿面的X向力和Y向力的实部值，对Z1个齿面的电磁力进行径向力求和，得到Z1个齿面的径向力合力F。
在此步骤中，一个齿面的径向力为Fysinθ-Fxcosθ，其中Fx为该齿面的X向力，Fy为该齿面的Y向力。
具体地，Z1个齿面的径向力合力
Figure BDA0003186165230000041
其中，i为第i个齿面。
在本实施例中，F为6个齿面上的径向力合力。
步骤四、对Z1个齿面的径向力合力F进行傅里叶变换，得到设定转速下各个频率的电磁力。
在此步骤中，若电机有斜极，则对每段斜极对应的Z1个齿面的径向力合力F进行求和，得到多段斜极对应的多组Z1个齿面的径向力总合力F合力，然后对总合力F合力进行傅里叶变换，得到设定转速下各个频率的电磁力。
在本实施例中，F合力＝F1+F2+…+Fn，Fn为第n段斜极上6个齿面上的径向力合力。
本发明的永磁同步电机定子电磁力分析方法中，选择定子上相邻的Z1个齿面进行计算，电磁力输出节点包括定子端面拐角部分，单个齿面的电磁力求和为复数求和，输出单个齿面的X向力和Y向力时将实部输出，具有斜极时，分别分析每一段斜极的电磁力及各斜极求和后的合力。
由于电机定子表面的径向力是引起永磁同步电机电磁噪声的主要激励，根据本发明所提供的方法，可以分析一个电磁力波范围内的定子齿面径向力合力，通过合力的阶次大小，衡量评价电机的噪声水平，可将该参数设置为电磁力优化指标，对电磁力优化指明了方向，为解决电驱噪声问题提供了可行的操作方法。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种永磁同步电机定子电磁力分析方法，其特征在于，包括：
根据电机的定子的总齿槽数Z和极数2p，确定需要计算电磁力的齿数Z1,其中，Z1＝Z/(2p)；
电机在一设定转速下，将定子的齿面设定为一直线，将各个齿面上所有节点的X向力和Y向力分别进行复数求和，得到Z1个齿面的X向力和Y向力；
取Z1个齿面的X向力和Y向力的实部值，对Z1个齿面的电磁力进行径向力求和，得到Z1个齿面的径向力合力F；
对Z1个齿面的径向力合力F进行傅里叶变换，得到设定转速下各个频率的电磁力。
2.根据权利要求1所述的永磁同步电机定子电磁力分析方法，其特征在于，若计算电磁力时设置有静偏心，则选择小气隙方向的Z1个齿面。
3.根据权利要求2所述的永磁同步电机定子电磁力分析方法，其特征在于，若计算电磁力时设置有静偏心，则选择距离偏心方向轴线最近的Z1个齿面。
4.根据权利要求2所述的永磁同步电机定子电磁力分析方法，其特征在于，设置静偏心时，偏心量为最大设计偏差的二分之一。
5.根据权利要求1所述的永磁同步电机定子电磁力分析方法，其特征在于，一个齿面的径向力为Fysinθ-Fxcosθ，其中Fx为该齿面的X向力，Fy为该齿面的Y向力。
6.根据权利要求5所述的永磁同步电机定子电磁力分析方法，其特征在于，Z1个齿面的径向力合力
Figure FDA0003186165220000011
其中，i为第i个齿面。
7.根据权利要求1-6任一所述的永磁同步电机定子电磁力分析方法，其特征在于，若电机有斜极，则对每段斜极对应的Z1个齿面的径向力合力F进行求和，得到多段斜极对应的多组Z1个齿面的径向力总合力F合力，然后对总合力F合力进行傅里叶变换，得到设定转速下各个频率的电磁力。
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