永磁同步轮毂电机设计及噪声优化.pdf
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1、永磁同步轮毂电机设计及噪声优化张洪涛(大庆炼化公司黑龙江大庆)摘 要 轮毂电机种类繁多包括直流电机、异步电机、永磁同步电机等但永磁同步电机较其他类型电机具有更好稳定性、更高的效率以及功率密度 但在爬坡过程或满载时电机既要保证高速行驶又要避免产生过大噪声现从轮毂电机主要尺寸设计、振动噪声理论分析、抑制措施研究等方面进行理论计算、软件分析通过软件模拟结果设计合理极槽配合、绕组方案等优化电机噪声振动 关键词 永磁同步电机轮毂电机极槽配合绕组方案噪声振动:./.中图分类号:文献标识码:文章编号:()().引言随着传统石化能源消耗轮毂电机因高效率、精度控制、体积小越来越成为汽车用电机的研究焦点 轮毂电机
2、与传统汽车电机相比简化与车轮之间的传动装置直接将动力传递给车轮这样效率高、灵活、控制更加精准 由于路况复杂为保证电机可靠性、高性能以及汽车乘坐舒适度对轮毂电机结构机械强度、电气性能、噪声振动抑制提出更高要求 噪声来源包括电磁噪声、空气摩擦噪声以及传动噪声等多重来源其中因径向电磁力、切向电磁力引起的电机振动可能会导致电机外壳共振产生剧烈振动噪声定转子运动不匹配会引起传动噪声空气在电机部件间旋转流动引起空气摩擦噪声但轮毂电机因防水要求可以忽略空气摩擦噪声噪声主要来源于电磁噪声和传动噪声 因此本文主要研究噪声振动规律、对比不同控制策略、确定优化方案 电机结构设计.电机性能指标轮毂电机因结构空间有限设
3、计时既要考虑电机安全可靠又要考虑是电机动力性能实现电机高转矩低噪声振动性能 整车功率需求见表 电机额定转矩为加速转矩额定转速为电机基速到达最高转速需要 倍的弱磁扩速比通过峰值功率与额定功率关系可以确定额定转矩为 表 整车功率需求项目值额定功率峰值功率额定转速/最高转速/最高效率额定转矩.主要尺寸设计因空间限制轴的长度与定子外径比变化范围有限因此为提高转矩密度可以通过定子内径设计实现实质是优化定子裂比及磁密 最大转矩与尺寸关系见式()/()式中是定子相电流对于永磁同步电机来说主要影响因素是端部绕组定子电流计算公式见式()是铜耗()()弱磁化扩速对汽车的车速影响最大不计损耗前提下电磁功率如下()电
4、流分解为直轴、交轴电流引入电机电角速度则功率与角速度关系见公式 通过公式可以画出角速度与功率曲线关系并得出最大电磁功率对应的弱磁比倍数值 ()()考虑到轮胎宽度、轮毂直径大小以及电机内部空间使用 转子内径以及外径分别设计为、电机气隙长度计算公式如下 ()()通过对比不同气隙长度下永磁体厚度、气隙磁密、齿磁密、空载反电动势、电机的输出转矩以及效率值得出最优的气隙长度一般当永磁体大小确定后漏磁与负载有直接关系会出现不同的波动的漏磁本文计算先通过计算公式得出气隙值.对比了.气隙下的参数值确定气隙长度.电机输出功率最大根据永磁体空间放置方式转子分为内置式和表贴式两种表贴式加工容易、成本较低且转矩密度和
5、功率密度也较高 而内置式加工复杂成本高对于功率密度和效率要求更高的电机可以考虑内置式当电抗差较大时内置式能有利于电机进入同步转速提高电机过载能力 本文选择表贴式永磁体选择典型的 剩余磁通密度.矫顽力/最大磁能积/最大工作温度极弧系数.轴长受到电机安装尺寸限制长度直接关系到电机的功率密度、输出转矩、反电动势、过载倍数等参数通过计算对比确定轴长度 电机的在起步、加速、过载时各项指标最优.极槽配合电机极对数一般选择多极这样汽车转速不会过高但是极对数过高也会引起铁耗增多为降低影响需要安装高频控制器因此本文对比 极、极 槽结构以及 极 槽计算结果表面 极 槽功率密度值./明显高于其他两种方案但齿槽转矩最
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