1.本發(fā)明涉及到一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，屬于新型高品質(zhì)低振動電機制造的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

2.電動機作為新能源驅(qū)動系統(tǒng)的動力源在當(dāng)今“碳中和”需求日益增強背景下越來越收到關(guān)注，永磁同步電機具有重量更輕，功率密度顯著提升等特點，因而受到了民用和軍用領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。為突破永磁同步電機低振動噪聲的技術(shù)難題，研制出動力推進用低振動噪聲永磁電機，提供低振動噪聲永磁同步電機設(shè)計方法就成了亟待解決的難題。目前對于抑制永磁電機的振動噪聲的研究，主要是降低電機的最低空間階次徑向電磁力幅值。除了低階徑向力外，近兩年的研究表明，高階次的徑向電磁力可通過電磁力的調(diào)制效應(yīng)調(diào)制成低階次的徑向力，從而對振動噪聲起重要作用。

3.轉(zhuǎn)子分段斜極技術(shù)作為一種降低電機轉(zhuǎn)矩脈動的方法常應(yīng)用在工業(yè)電機的設(shè)計當(dāng)中，其作用機理是將轉(zhuǎn)子分段錯極，各轉(zhuǎn)子段永磁磁場與定子鐵心電樞磁場互相作用，產(chǎn)生幅值相同，相位不同的轉(zhuǎn)矩波形。在采取特定偏移角，各轉(zhuǎn)矩波形相位不同，故疊加合成后，轉(zhuǎn)矩脈動得到有效抑制。該方法可參考移植，用在徑向電磁力的抵消上，從而抑制永磁電機的振動噪聲情況。

4.中國發(fā)明專利申請?zhí)朿n201820683780.8公開了一種新型低噪音低振動永磁電機的定轉(zhuǎn)子沖片，包括定子沖片、薄壁轉(zhuǎn)子沖片。該沖片設(shè)計方法充分考慮了電機運行工況下輸入電流的頻率與電機固有頻率之間的共振現(xiàn)象，從電機固有頻率處著手，通過增加定子軛部和轉(zhuǎn)子軛部厚度來調(diào)節(jié)固有頻率，避免共振。但是該方法理論深度不足，可移植性較低，不能適應(yīng)各種類型電機的運行需求，且未能充分考慮轉(zhuǎn)矩脈動的抑制，因此效果一般。

5.中國發(fā)明專利申請?zhí)朿n202010006675.2公開了一種多相斜槽移極低振動噪聲永磁電機，該發(fā)明電機應(yīng)用定子斜槽技術(shù)，對氣隙合成磁場的諧波含量具有抑制效果，能夠降低齒槽轉(zhuǎn)矩并降低轉(zhuǎn)矩脈動，進而進一步的抑制電機振動。但是該方法具有局限性，一是不能很好的抑制軸向不平衡電磁力的作用，若電機體積較大時，高速運行會產(chǎn)生軸向偏移。二是斜槽工藝加工精度要求高，加工困難，繞線復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

6.本發(fā)明的目的是為了改進現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，該方法易于加工，可移植性強，對于整數(shù)槽永磁電機而言，削弱電機振動效果顯著。此外，該結(jié)構(gòu)還可以進一步削弱轉(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，大大提升了電機運行的平穩(wěn)性。

7.具體地說，本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，具體步驟方法如下：

8.步驟1，根據(jù)整數(shù)槽電機的使用工況，確立電機的尺寸大小，具體包括電機的定子

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；

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

10.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)測其對電機振動產(chǎn)生的主要影響，將有限元仿真得出的電磁計算結(jié)果導(dǎo)入到聲學(xué)邊界元軟件，進一步驗證電機中的主要振動分量和預(yù)測的吻合度；

11.步驟4，根據(jù)振動分量中較大部分進行溯源分析，分析與其對應(yīng)的徑向力成分，并從理論上推導(dǎo)轉(zhuǎn)子分段對特定階次徑向力的削弱機理；

12.步驟5，分析不同分段數(shù)、不同偏移角度對原轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下的振動削弱能力，選擇最優(yōu)的方案確立為最終優(yōu)化方案。

13.進一步，所述步驟1中整數(shù)槽電機的使用工況為車用永磁驅(qū)動工況，電機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)槽永磁電機的具體設(shè)計要求，所述實施例中，電機定子鐵心的外徑為430mm，定子鐵心內(nèi)徑為340mm，轉(zhuǎn)子鐵心外徑為338mm，轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)徑為285mm。電機的定子槽數(shù)為72槽，轉(zhuǎn)子極數(shù)為12極，繞組繞制方式為雙層整數(shù)槽跨距，短距繞組跨距為5；

14.進一步，所屬步驟2中，電機的各項材料屬性包括定轉(zhuǎn)子及永磁體使用的各項材料、材料密度以及永磁體剩磁大小等參數(shù)。實施例中，電機的定子和轉(zhuǎn)子材料型號為dw310

?

35，轉(zhuǎn)子永磁體材料為n42uh，定子繞組采用銅線繞制。硅鋼片dw310

?

35的材料密度為7450kg/m3，永磁體密度為7800kg/m3，銅線的密度為8900kg/m3。永磁體n42uh剩磁大小為1.31t。此外，電機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)。

15.進一步，所述步驟3中，所述實施例72槽12極整數(shù)槽永磁電機中，振動噪聲較大的頻段出現(xiàn)在12倍工頻處。電機的氣隙磁通密度公式為：

[0016][0017][0018]

其中，b

pm

和b

arm

分別表示永磁磁通密度和電樞磁通密度，f

n

和f

v

分別表示永磁磁動勢和電樞磁動勢，m表示磁場調(diào)制函數(shù)，p表示永磁體極對數(shù)，n和v表示諧波階次系數(shù)，θ表示空間角度，t表示時間，ω

r

表示空間角速度，表示初始相位角。

[0019]

所述徑向電磁力的表達式為：

[0020][0021]

其中，p

r

表示徑向電磁力，μ0表示真空磁導(dǎo)率，m0表示磁場調(diào)制函數(shù)的直流分量，m

k

表示磁場調(diào)制函數(shù)的諧波分量，f

n

和f

v

分別表示永磁磁動勢和電樞磁動勢，p表示永磁體極對數(shù)，n和v表示諧波階次系數(shù)，θ表示空間角度，t表示時間，ω表示轉(zhuǎn)子角速度，表示初始相位角，k為定子齒槽諧波系數(shù)；z為電機定子槽數(shù)。根據(jù)振動分量最大的12倍頻處的溯源分析可知，所述實施例中72階12倍頻空間徑向力諧波起主要作用；

[0022]

所述步驟4中，對于整數(shù)槽永磁電機而言，槽數(shù)階次的徑向力諧波含量對電機振動的影響最大，且槽數(shù)階徑向力諧波主要是由氣隙磁通密度的基波分量和氣隙磁通密度的齒諧波分量相互作用產(chǎn)生。

[0023]

進一步，所述步驟4中，轉(zhuǎn)子分段后，等效合成永磁磁通密度表達式為：

[0024][0025]

其中，f

n

表示永磁磁動勢，m表示磁場調(diào)制函數(shù)，p表示永磁體極對數(shù)，n表示諧波階次系數(shù)，θ表示空間角度，t表示時間，ω

r

表示空間角速度，b

pm_eq

表示等效永磁磁通密度，ε表示分段數(shù)目，γ表示分段偏移角度數(shù)，針對分段后的等效永磁磁通密度的表達式，可以得出各磁通密度諧波的相位變化，進而進一步可以得出徑向電磁力的相位變化規(guī)律。變化規(guī)律如表1所示。

[0026]

表1每段轉(zhuǎn)子上徑向力的偏移角度

[0027][0028]

進一步，所述步驟5中，進一步比較并選擇合適的分段數(shù)和偏移角度，抵消合成徑向力諧波，從而削弱整數(shù)槽永磁電機的振動。所述實施例中，選擇了3段、4段、5段以及6段這四種情況進行比較，最終分段數(shù)確定為6段，偏移角度為0.83度時，徑向力的抵消效果達到最好；

[0029]

本發(fā)明具有以下收益效果：

[0030]

1、本發(fā)明中永磁電機轉(zhuǎn)子分段后，電機空載、負載運行狀況下的振動情況削弱明顯，運行穩(wěn)定性有提升顯著。

[0031]

2、本發(fā)明在降低整數(shù)槽永磁電機振動的同時兼顧電磁性能的改善，具體表現(xiàn)在降低了整數(shù)槽永磁電機齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動，提升了空載反電動勢正弦度。

[0032]

3、本發(fā)明采用的轉(zhuǎn)子分段方式，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。

[0033]

綜上，本發(fā)明的一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式，不僅可以顯著降低整數(shù)槽永磁電機的振動情況，同時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。

附圖說明

[0034]

圖1(a)為本發(fā)明整數(shù)槽永磁電機徑向結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(b)為軸向結(jié)構(gòu)示意圖；

[0035]

圖2(a)(b)(c)(d)為四種分段結(jié)構(gòu)的示意圖，其中本實施例采用圖2(d)所示6段轉(zhuǎn)子分段結(jié)構(gòu)，偏移角為0.83度；

[0036]

圖3為不同分段數(shù)下對振動起最主要作用的徑向力諧波幅值比較圖；

[0037]

圖4為本發(fā)明整數(shù)槽永磁電機轉(zhuǎn)子分段前和分段后表面振動加速度比較圖；

[0038]

圖5為本發(fā)明整數(shù)槽永磁電機轉(zhuǎn)子分段前和分段后轉(zhuǎn)矩脈動對比圖；

[0039]

圖6為本發(fā)明整數(shù)槽永磁電機分段轉(zhuǎn)子設(shè)計流程圖。

具體實施方式

[0040]

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。為了能夠更加簡單明了地說明本發(fā)明的有益效果，下面結(jié)合一個具體的整數(shù)槽永磁同步電機來進行詳細的描述。

[0041]

圖1中各結(jié)構(gòu)含義：1、轉(zhuǎn)子永磁磁鋼，2、永磁體槽，3、定子鐵心，4、轉(zhuǎn)子表面輔助槽，5、轉(zhuǎn)子鐵心，6、定子繞組。其中，轉(zhuǎn)子永磁磁場1內(nèi)嵌在永磁體槽2當(dāng)中，永磁體槽2內(nèi)面積較大，內(nèi)嵌轉(zhuǎn)子永磁磁鋼后留有間隙空間。轉(zhuǎn)子表面輔助槽4用以各轉(zhuǎn)子段之間定位，同時，轉(zhuǎn)子輔助槽也可以局部改善電機的電磁性能。轉(zhuǎn)子鐵心5在電機空轉(zhuǎn)時用以永磁磁場導(dǎo)磁，減少電機的轉(zhuǎn)子磁阻。而當(dāng)電機負載運行時，轉(zhuǎn)子鐵心5也為電樞磁場在電機內(nèi)部的分布提供路徑。定子繞組6以整數(shù)槽短距繞制方式環(huán)繞在定子鐵心3上，定子鐵心3包含定子齒和定子軛部，定子繞組6纏繞在定子齒上，產(chǎn)生穩(wěn)定的勵磁磁場，定子軛部為永磁和電樞磁場的分布傳遞提供路徑，減少磁場的流通阻礙。

[0042]

本發(fā)明的一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式，具體步驟如下：

[0043]

步驟1，分析整數(shù)槽電機的設(shè)計需求，本實施例中整數(shù)槽電機用于電動汽車電驅(qū)動使用，明確設(shè)計需求后，確定電機的各項尺寸參數(shù)。具體包括電機的定子鐵心外徑430mm，定子鐵心內(nèi)徑340mm，以及轉(zhuǎn)子鐵心外徑338mm，轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)徑285mm，電機單邊氣隙為1mm，采用0.85mm絕緣銅線13股并繞，采用72槽12極的槽極選擇，繞組采用整數(shù)槽分布短距繞組繞制，跨距為5；

[0044]

步驟2，確認電機尺寸模型上，利用商業(yè)有限元軟件ansys maxwell對該電機進行建模分析，所述實施例中，電機的定子和轉(zhuǎn)子材料型號為dw310

?

35，轉(zhuǎn)子永磁體材料為n42uh，定子繞組采用銅線繞制。硅鋼片dw310

?

35的材料密度為7450kg/m3，永磁體密度為7800kg/m3，銅線的密度為8900kg/m3。永磁體n42uh剩磁大小為1.31t。賦予各個部件材料屬性后，進一步仿真得到該整數(shù)槽永磁電機的各項電磁性能以及徑向電磁力參數(shù)；

[0045]

步驟3，將仿真得出的電磁徑向力數(shù)據(jù)導(dǎo)入至聲學(xué)邊界元軟件lms進行電機振動分析，為了測試數(shù)據(jù)的準確性，需要在多個工況下進行仿真驗證。多工況包括：空載工況、負載工況及高速運行工況。進一步得到對振動起主要影響的頻段分量，從理論上分析其產(chǎn)生來源，并從空間徑向力的二維分解中尋找來源；

[0046]

步驟4，根據(jù)振動仿真的結(jié)果可知，12倍頻段處的振動較大。溯源分析得知，72階徑向力的12倍頻分量較大。其中，72階徑向電磁力諧波是產(chǎn)生實施例72槽12極整數(shù)槽永磁電

機振動的主要來源，其組成成分如表2所示：

[0047]

表2 72階徑向力組成來源

[0048][0049]

表中，永磁磁場是產(chǎn)生72階徑向電磁力的主要來源，因此，進一步需要針對72階徑向力的產(chǎn)生機理對其進行削弱設(shè)計；

[0050]

所述步驟4中，對于整數(shù)槽永磁電機而言，槽數(shù)階次的徑向力諧波含量對電機振動的影響最大，且槽數(shù)階徑向力諧波主要是由氣隙磁通密度的基波分量和氣隙磁通密度的齒諧波分量相互作用產(chǎn)生。

[0051]

步驟5，分析不同分段數(shù)、不同偏移角度對原轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下的振動削弱能力，選擇最優(yōu)的方案確立為最終優(yōu)化方案。其中，所示實施例72槽12極整數(shù)槽永磁電機中，轉(zhuǎn)子不同分段數(shù)下偏移角的計算公式為：

[0052][0053]

其中a可以選取為1、2、3等等以一系列正整數(shù)，為了保證轉(zhuǎn)矩損失最小，此時的偏移角系數(shù)a需要選取為1。此外，ε表示分段數(shù)。則根據(jù)分段數(shù)目的不同，偏移角γ針對不同分段數(shù)的選取如表3所示：

[0054]

表3不同分段數(shù)下偏移角的選取

[0055][0056]

分別比較不同分段數(shù)和偏移角下的72階徑向力幅值和振動削弱情況，，削弱效果比較如下所示：

[0057][0058]

其中，f

skew_3

表示轉(zhuǎn)子分3段后的72階徑向電磁力合力表達式，f

skew_4

表示轉(zhuǎn)子分4段后的72階徑向電磁力合力表達式，f

skew_5

表示轉(zhuǎn)子分5段后的72階徑向電磁力合力表達式，f

skew_6

表示轉(zhuǎn)子分6段后的72階徑向電磁力合力表達式，e表示數(shù)學(xué)中的自然常數(shù)，i表示復(fù)數(shù)的虛部，π表示圓周率常數(shù)。最終選取分段數(shù)為6時，偏移角選取0.83度的轉(zhuǎn)子軸向排列分布，此時的振動削弱效果最佳；

[0059]

圖1(a)，圖1(b)為本實施例電機徑向、軸向模型示意圖。本電機電樞繞組采用雙層短距分布繞組形式，繞組跨距為5，磁鋼采用v型內(nèi)置式結(jié)構(gòu)，夾角為150度，永磁體材料為n42uh，定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心的材料均為dw310

?

35。轉(zhuǎn)子表面輔助槽的主要左右是利于定位，電機的軸向分布模型可以通過轉(zhuǎn)子輔助槽的位置判斷分段數(shù)目和偏移角度；

[0060]

圖2為四種不同的轉(zhuǎn)子分段結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖，圖中包含四種設(shè)計方法，分別是轉(zhuǎn)子分3段、4段、5段以及6段偏移的永磁體排布方式。其中，轉(zhuǎn)子分3段偏移時，偏移角為1.7度；轉(zhuǎn)子分4段偏移時，偏移角為1.25度；轉(zhuǎn)子分5段偏移時，偏移角為1度；轉(zhuǎn)子分6段偏移時，偏移角為0.83度。這四種偏移方式均采用軸向v型排布，其效果和一字型排布相同，優(yōu)勢在于v型排布可以抵消軸向不平衡拉力的影響；

[0061]

圖3為四種不同的轉(zhuǎn)子分段結(jié)構(gòu)對72階徑向力幅值的抵消效果對比，從圖中可以看出，采用轉(zhuǎn)子分段結(jié)后，72階徑向力幅值逐步下降。具體表現(xiàn)在：采用3段轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，72階徑向力幅值下降了50％；采用4段轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，下降了77.3％；采用5段轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，下降了79.5％；采用6段轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，下降了80％。因此，最終本發(fā)明結(jié)構(gòu)選用了6段分段的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)作為最終方案，此方案下的抵消效果最優(yōu)；

[0062]

圖4為本發(fā)明原電機和實施例電機的表面振動加速度比較圖。該結(jié)果圖通過實驗實測生成，實驗時電機的轉(zhuǎn)速為1000rpm/min，此時電機帶載運行，通入的正弦交流電流有效值為25a，負載轉(zhuǎn)矩為80nm左右。振動測試點在電機機殼表面，與機殼水平面相垂直的方向。從圖中可以看出，采用轉(zhuǎn)子6段分段結(jié)構(gòu)后，電機振動尤為顯著的12倍頻處下降明顯，其余各頻率處的振動也有不同程度的削弱。因此，可以判斷當(dāng)采用本發(fā)明轉(zhuǎn)子分段結(jié)構(gòu)后，實施例72槽12極整數(shù)槽永磁電機振動削弱效果優(yōu)異；

[0063]

圖5為本發(fā)明原電機和實施例電機轉(zhuǎn)矩脈動對比圖。從圖中可以看出，采用本發(fā)明轉(zhuǎn)子分6段結(jié)構(gòu)之后，轉(zhuǎn)矩脈動從原先的38％降低至5.6％，轉(zhuǎn)矩脈動優(yōu)化明顯，且平均轉(zhuǎn)矩幾乎沒有變化。因此，可以判斷出，該轉(zhuǎn)子分6段方式不僅可以有效降低實施例電機振動，還可以優(yōu)化電機的整體運行性能，且不犧牲平均轉(zhuǎn)矩，實用性強，可靠性高；

[0064]

圖6為本發(fā)明轉(zhuǎn)子分段設(shè)計流程圖，設(shè)計中體現(xiàn)了參數(shù)選取的流程，以及轉(zhuǎn)子分段擇優(yōu)的流程，體現(xiàn)了設(shè)計方案的嚴謹性與最優(yōu)性。

[0065]

綜上，本發(fā)明的一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式，包括對電機設(shè)計

需求的分析、主要尺寸參數(shù)的分析確定，并分別對不同分段方案下的振動削弱效果定量分析；確認了最優(yōu)的設(shè)計方案，還進行了氣隙磁通密度及徑向電磁力計算分析，判斷減震效果的明顯程度；比較和初始結(jié)構(gòu)電機轉(zhuǎn)矩情況的差別；利用實驗測試法，進行計算機殼表面振動加速度測試，校對核實理論與實踐的吻合度，所提供的方案可以為整數(shù)槽永磁電機抑制振動、提高電磁性能提供參考研究。

[0066]

雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但實施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤飾，均屬于本技術(shù)所附權(quán)利要求所限定的保護范圍。技術(shù)特征：

1.一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，其特征在于，具體步驟如下：步驟1，根據(jù)整數(shù)槽電機的使用工況，確立電機的尺寸大小，具體包括電機的定子尺寸、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；步驟2，設(shè)計階段，須對該整數(shù)槽永磁電機進行有限元建模，確立該電機的各項材料屬性，并進行有限元仿真，獲取該電機的電磁性能參數(shù)，觀察電機的氣隙合成磁通密度分布和空間二維徑向電磁力分布；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)測其對電機振動產(chǎn)生的主要影響，將有限元仿真得出的電磁計算結(jié)果導(dǎo)入到聲學(xué)邊界元軟件，進一步驗證電機中的主要振動分量和預(yù)測的吻合度；步驟4，根據(jù)振動分量中較大部分進行溯源分析，分析與其對應(yīng)的徑向力成分，并從理論上推導(dǎo)轉(zhuǎn)子分段對特定階次徑向力的削弱機理；步驟5，分析不同分段數(shù)、不同偏移角度對原轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)下的振動削弱能力，選擇最優(yōu)的方案確立為最終優(yōu)化方案。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，其特征在于，所述步驟1中整數(shù)槽電機的使用工況為車用永磁驅(qū)動工況，電機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施例中為v型內(nèi)嵌式排列方式；選用72槽定子槽搭配12轉(zhuǎn)子永磁體的槽極配合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，其特征在于，所述步驟2中，電機的定子和轉(zhuǎn)子材料型號皆為dw310

?

35，轉(zhuǎn)子永磁體材料為n42uh，定子繞組采用銅線繞制；永磁電機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)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，其特征在于，所述步驟3中，電機的氣隙磁通密度公式為：征在于，所述步驟3中，電機的氣隙磁通密度公式為：其中，b

pm

和b

arm

分別表示永磁磁通密度和電樞磁通密度，f

n

和f

v

分別表示永磁磁動勢和電樞磁動勢，m表示磁場調(diào)制函數(shù)，p表示永磁體極對數(shù)，n和v表示諧波階次系數(shù)，θ表示空間角度，t表示時間，ω

r

表示空間角速度，表示初始相位角。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，其特征在于，所述徑向電磁力的表達式為：

其中，p

r

表示徑向電磁力，μ0表示真空磁導(dǎo)率，m0表示磁場調(diào)制函數(shù)的直流分量，m

k

表示磁場調(diào)制函數(shù)的諧波分量，f

n

和f

v

分別表示永磁磁動勢和電樞磁動勢，p表示永磁體極對數(shù)，n和v表示諧波階次系數(shù)，θ表示空間角度，t表示時間，ω表示轉(zhuǎn)子角速度，表示初始相位角，k為定子齒槽諧波系數(shù)；z為電機定子槽數(shù)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，其特征在于，所述步驟4中，對于整數(shù)槽永磁電機而言，槽數(shù)階次的徑向力諧波含量對電機振動的影響最大，且槽數(shù)階徑向力諧波主要是由氣隙磁通密度的基波分量和氣隙磁通密度的齒諧波分量相互作用產(chǎn)生。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，其特征在于，所述步驟4中，轉(zhuǎn)子分段后，等效合成永磁磁通密度表達式為：其中，f

n

表示永磁磁動勢，m表示磁場調(diào)制函數(shù)，p表示永磁體極對數(shù)，n表示諧波階次系數(shù)，θ表示空間角度，t表示時間，ω

r

表示空間角速度，b

pm_eq

表示等效永磁磁通密度，ε表示分段數(shù)目，γ表示分段偏移角度數(shù)，針對分段后的等效永磁磁通密度的表達式，可以得出各磁通密度諧波的相位變化，進而進一步可以得出徑向電磁力的相位變化規(guī)律；從而進一步選擇合適的分段數(shù)和偏移角度，抵消合成徑向力諧波，從而削弱整數(shù)槽永磁電機的振動。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，其特征在于，分段數(shù)最終確定為6段，偏移角度為0.83度。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種削弱整數(shù)槽永磁電機振動的轉(zhuǎn)子分段方式的方法，該方法從整數(shù)槽永磁同步電機徑向振動的產(chǎn)生來源進行分析并設(shè)計，主要解決了整數(shù)槽永磁同步電機在空載運行、負載運行過程中存在的振動較大的問題。具體包括轉(zhuǎn)子鐵心及永磁體的偏移角分段斜極。當(dāng)該方法作用在表貼式永磁同步電機時，對其永磁體進行分段處理；若該方法作用在內(nèi)置式永磁同步電機上，則對其永磁體和轉(zhuǎn)子鐵心進行分段處理。當(dāng)永磁電機采用該轉(zhuǎn)子分段結(jié)構(gòu)后，可有效抵消對電機振動起主要作用的徑向力諧波分量，削弱由特定徑向力諧波所引起的徑向振動，優(yōu)化電機轉(zhuǎn)矩脈動進而提升提高電機運行穩(wěn)定性、提升電機的輸出品質(zhì)。的輸出品質(zhì)。的輸出品質(zhì)。

技術(shù)研發(fā)人員：吉敬華 周云瀚 趙文祥 田偉

受保護的技術(shù)使用者：江蘇大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.08.26

技術(shù)公布日：2021/12/6