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专利号: 2021107645750
申请人: 华南农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法,用于快速准确计算加减速工况下电机随转速变化的电磁噪声,其特征在于,包括下述步骤:S1、根据给定的电机几何模型和给定参数,在电磁软件中建立瞬态电磁场仿真分析有限元模型;

S2、对加减速工况不同转速点的电磁力进行仿真计算;

S3、根据仿真得到的不同转速点的电磁力结果求取每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力;

S4、将得到的定子齿面上的径向和切向电磁力合力进行傅里叶变换,然后提取相应的阶次力并进行合成;

S5、考虑电机总成的装配和安装关系对电机总成进行有限元模态仿真;

S6、将步骤S4得到的随转速变化的阶次电磁力加载到步骤S5得到的电机总成模态结果上,采用模态叠加法计算电磁振动,并采用边界元法或者有限元法计算加减速工况随转速变化的电磁噪声。

2.根据权利要求1所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法,其特征在于,步骤S1中,在建立电磁仿真模型时将定子铁心的齿部和轭部分开,具体为:S11、在电磁仿真软件中导入给定的电机几何模型,根据电机轴向一致性和周向周期性,只需要建立半个单元电机的二位平面模型;

S12、为了便于求取定子齿上受到的电磁力合力,在电机模型中将定子铁心的齿部和轭部切割开来,形成两个独立的部件;

S13、根据给定的硅钢片材料、永磁体材料及电流参数,给电机模型各部件赋予相应的材料,其中定子的齿部和轭部赋予相同的材料,并设置电路激励;

S14、设置运动边界条件和周期边界条件,设置求解步数和步长,并进行网格划分,得到永磁同步电机瞬态电磁场仿真有限元模型。

3.根据权利要求1所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法,其特征在于,步骤S2中,加减速工况不同转速点的选取应遵循以下准则:A、恒转矩区转速点选取相比恒功率区较为稀疏;

B、恒功率区转速点选取相比恒转矩区较为密集。

4.根据权利要求3所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法,其特征在于,恒转矩区转速点每隔1000r/min选取一个转速点;恒功率区转速点每隔500r/min选取一个转速点。

5.根据权利要求1所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法,其特征在于,步骤S3具体为:S31、选取圆柱坐标,坐标原点与定子铁心的中心点重合;

S32、对于任意稳定转速点,对模型中的每个定子齿部进行节点力求和,得到每个定子齿上的径向和切向电磁力合力;

S33、对于其他稳定转速点,重复步骤S32。

6.根据权利要求1所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法,其特征在于,步骤S4具体为:S41、对于任意稳定转速点,对每一个定子齿面的径向和切向电磁力合力进行傅里叶变换,得到该稳定转速下每个定子齿受到的电磁力的频谱,结果如公式(1)和(2)所示;

FFT[FRi_n(t)]=FRi_n_1+FRi_n_2+FRi_n_3+…+FRi_n_L             (1)FFT[FTi_n(t)]=FTi_n_1+FTi_n_2+FTi_n_3+…+FTi_n_L             (2)其中,FRi_n(t)为仿真得到的转速为n时某个定子齿面i受到的径向电磁力合力时间历程;

FTi_n(t)为仿真得到的转速为n时某个定子齿面i受到的切向电磁力合力时间历程;

FRi_n_1,FRi_n_2,FRi_n_3…FRi_n_L分别为傅里叶变换得到的转速为n时某个定子齿面i受到的径向电磁力1次谐波、2次谐波、3次谐波…L次谐波;

FTi_n_1,FTi_n_2,FTi_n_3…FTi_n_L分别为傅里叶变换得到的转速为n时某个定子齿面i受到的切向电磁力1次谐波、2次谐波、3次谐波…L次谐波;

S42、对于其他稳定转速点,重复步骤S41;

S43、对于第一个定子齿,提取所有稳定转速点该定子齿面径向和切向电磁力频谱的前

15*m*p阶谐波,其中m为电机相数,p为电机极对数;

S44、将步骤S43得到的第一个定子齿在不同转速点的同一次谐波进行合成,得到随转速变化的阶次力,结果如公式(3)和(4)所示;

FR1‑j(n)=Fit(FR1_n1_j+FR1_n2_j+FR1_n3_j+…+FR1_nk_j)             (3)FT1‑j(n)=Fit(FT1_n1_j+FT1_n2_j+FT1_n3_j+…+FT1_nk_j)             (4)其中,Fit表示拟合函数,具体操作中根据实际情况选择不同类型的拟合函数;

FR1‑j(n)为拟合得到的第一个定子齿面上受到的随转速变化的径向电磁力合力j次谐波;

FT1‑j(n)为拟合得到的第一个定子齿面上受到的随转速变化的切向电磁力合力j次谐波;

FR1_n1_j,FR1_n2_j,FR1_n3_j…FR1_nk_j分别为傅里叶变换得到的转速为n1,n2,n3…nk时第一个定子齿面上受到的径向电磁力合力j次谐波;

FT1_n1_j,FT1_n2_j,FT1_n3_j…FT1_nk_j分别为傅里叶变换得到的转速为n1,n2,n3…nk时第一个定子齿面上受到的切向电磁力合力j次谐波;

S45、对于其他定子齿,重复步骤S43和S44。

7.根据权利要求1所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法,其特征在于,步骤S6具体为:S61、选取圆柱坐标,坐标原点与定子铁心的中心点重合;

S62、选取每个定子齿面的中心点作为电磁力加载点;

S63、在每个定子齿上加载步骤S4得到的阶次力;

S64、采用模态叠加法计算电机总成的电磁振动;

S65、采用边界元法或者有限元法计算电磁噪声。

8.根据权利要求7所述永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法,其特征在于,所述步骤S63中,还包括下述步骤:在定子齿上加载一个阶次力或者多个阶次力;

或在定子齿上单独加载径向力或者切向力,或者同时加载径向力和切向力。

9.一种永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算系统,其特征在于,应用于权利要求1‑8中任一项所述的永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法,包括模型构建模块、电磁力仿真模块、电磁力合力计算模块、合成模块、有限元模态仿真模块以及电磁噪声计算模块;

所述模型构建模块,用于根据给定的电机几何模型和给定参数,在电磁软件中建立瞬态电磁场仿真分析有限元模型;

所述电磁力仿真模块,用于对加减速工况不同转速点的电磁力进行仿真计算;

所述电磁力合力计算模块,用于根据仿真得到的不同转速点的电磁力结果求取每个定子齿面上的径向和切向电磁力合力;

所述合成模块,用于将得到的定子齿面上的径向和切向电磁力合力进行傅里叶变换,然后提取相应的阶次力并进行合成;

所述有限元模态仿真模块,用于考虑电机总成的装配和安装关系对电机总成进行有限元模态仿真;

所述电磁噪声计算模块,用于将得到的随转速变化的阶次电磁力加载到电机总成模态结果上,采用模态叠加法计算电磁振动,并采用边界元法或者有限元法计算加减速工况随转速变化的电磁噪声。

10.一种计算机可读存储介质,存储有程序,其特征在于,所述程序被处理器执行时,实现权利要求1‑8任一项所述的永磁同步电机加减速工况电磁噪声计算方法。