低速大扭矩永磁同步轮毂电机电磁振动和电磁噪声的研究

论文摘要

永磁同步电机具有高效率、低转矩脉动、高转矩密度等特点，使其成为电动汽车轮毂驱动系统的主要选择。而电机的振动和噪声水平是衡量电机性能乃至轮毂驱动系统性能的一项重要指标。在电机振动与噪声中，电磁引起的振动和噪声占主要部分。在永磁同步轮毂电机中，研究电磁振动与噪声具有重要的现实意义。本文围绕四方面进行了研究：首先，进行了低速大扭矩永磁同步轮毂电机的电磁设计。结合电机性能参数及技术要求，从转子结构、极槽配合、极弧系数等方面分析对电机进行电磁设计.通过仿真，分析比较三种结构的空载、转矩及运行性能，从而确定最优方案。其次，进行了永磁同步轮毂电机定子结构的固有模态分析。采用解析法计算了定子结构的固有频率，利用ANSYS软件建立了电机定子及部件模型，进行了模态仿真，分析了端盖、机壳对电机定子固有模态的影响。再次，进行了永磁同步轮毂电机的电磁振动和噪声的分析。基于电机电磁力波理论，推导了50kW轮毂电机定子齿内表面受到的电磁力波力波次数和频率，用ANSOFT软件计算了三种转子结构的电机在空载情况下气隙中径向磁密和径向电磁力的分布情况，研究了电机径向电磁力和切向电磁力的分布差异。利用解析法和有限元法计算了三种结构的电机中电磁振动位移，进而得到了电磁噪声的计算值。最后，对研制的永磁同步轮毂电机进行了固有模态、电磁振动和电磁噪声的实验分析。采用锤击法进行了模态实验，验证了样机的固有频率和振型，为设计和制造电机以避免共振提供了依据。采用振动加速度传感器和CRAS信号采集分析系统，对电机在不同转速下的振动特性进行了实验研究。采用突然断电法确定了电机噪声中电磁噪声的比例程度。对电机转速、控制器开关频率等因素对电磁噪声的影响进行了相应的测试分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 低速大扭矩永磁同步轮毂电机发展现状
• 1.2.2 电机电磁振动及电磁噪声研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 低速大扭矩永磁同步轮毂电机电磁设计及分析
• 2.1 引言
• 2.2 低速大扭矩永磁同步轮毂电机的电磁设计
• 2.2.1 电负荷的考虑
• 2.2.2 转子结构的选择
• 2.2.3 极槽配合的选定
• 2.2.4 极弧系数的选取
• 2.3 低速大扭矩永磁同步轮毂电机运行性能分析
• 2.3.1 电机的空载特性仿真
• 2.3.2 电机的转矩特性仿真
• 2.3.3 电机的运行特性分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 永磁同步轮毂电机结构模态及响应分析
• 3.1 引言
• 3.2 电机固有频率的理论基础
• 3.2.1 电机固有频率的解析分析理论
• 3.2.2 电机结构固有频率的有限元理论
• 3.3 电机结构的固有模态的有限元分析
• 3.3.1 定子结构的固有模态
• 3.3.2 机壳对定子结构的固有模态的影响
• 3.3.3 端盖对定子结构的固有模态的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 永磁同步轮毂电机电磁振动和电磁噪声分析
• 4.1 引言
• 4.2 电磁振动和电磁噪声的理论分析
• 4.2.1 电磁力波次数及频率分析
• 4.2.2 电磁噪声声辐射机理
• 4.3 电磁振动的有限元分析
• 4.3.1 电机径向磁密分析
• 4.3.2 电机径向电磁力分析
• 4.3.3 径向电磁力与切向电磁力的对比分析
• 4.3.4 电磁振动位移的有限元分析
• 4.4 电磁振动和电磁噪声的计算分析
• 4.4.1 电磁振动位移的计算分析
• 4.4.2 电磁噪声的计算分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 永磁同步轮毂电机实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 低速大扭矩永磁同步轮毂电机的运行性能实验分析
• 5.2.1 额定转速下的电压电流测试
• 5.2.2 额定工况下转矩特性测试
• 5.3 永磁同步轮毂电机的模态实验分析
• 5.3.1 模态实验原理
• 5.3.2 电机固有模态频率的测试
• 5.3.3 电机固有模态振型的实验结果
• 5.3.4 相干性分析
• 5.4 永磁同步轮毂电机的电磁振动实验分析
• 5.4.1 电磁振动的实验原理
• 5.4.2 电机径向、切向振动的实验结果
• 5.4.3 电机不同转速下的振动实验
• 5.5 永磁同步轮毂电机的电磁噪声实验分析
• 5.5.1 电磁噪声的实验原理
• 5.5.2 突然断电法确定电磁噪声比例程度的实验
• 5.5.3 控制频率选择实验
• 5.5.4 电机不同转速情况下噪声实验
• 5.5.5 电机电磁振动和电磁噪声在频率上一致性的实验
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历