[发明专利]一种降低永磁电机振动的混合永磁体结构设计方法

说明书

本发明公开了一种降低永磁电机振动的混合永磁体结构设计方法，解决了永磁电机振动过大的问题。该方法是采用两种或多种剩磁密度不同的永磁材料，采用合适的参数组合成所需混合永磁体，充磁时对混合永磁体采用最大剩磁密度进行充磁。永磁电机采用混合永磁体结构后，可显著降低永磁磁场谐波含量，提升电机气隙磁场正弦度，进而削弱由永磁磁场作用产生的低空间阶次径向电磁力密度，降低电机电磁振动，明显改善电机振动过大的问题。

技术领域

本发明涉及到一种降低永磁电机振动的混合永磁体结构设计方法，属于低振动永磁同步电机应用领域。

背景技术

永磁电机由于具有高功率密度、高效率等特点，已经广泛应用于航空航天、舰船推进和电动汽车等领域。然而，传统永磁电机由于气隙磁场正弦性较低，容易产生丰富的磁密谐波，进而产生较大的径向电磁力谐波，导致电机产生较大的振动，影响电机的平稳运行。目前主要是采用改变转子、永磁体和定子结构和形状实现电机低振动性能，然而传统方法在具体实施上具有一定的局限性，同时对电机运行性能具有一定的影响。

文献基于分段交错不等磁极的表贴式永磁电机极频振动的削弱[J].电工技术学报,2023,38(04):945-956.介绍了一种分段交错不等磁极结构降低电机振动的方法，该方法将磁极在轴向方向等分成两段，在磁通密度过零区域将磁极进行轴向偏移改善气隙磁场。但是该方法会增加永磁体的安装难度，其轴向上会产生不平衡轴向力，影响电机的平稳运行，同时，该方法会增加磁通密度过零区域的范围，减小有效磁通，降低电机对外输出转矩的能力。

中国发明专利申请号CN202110255720.2公开了一种低振动永磁电机修型转子结构的设计方法，通过采用正弦谐波削弱和正弦减十一次谐波削弱这两种转子修型方法，降低对振动噪声起主要作用的气隙磁密谐波幅值，提升电机气隙磁密的正弦度，进而削弱低空间阶次径向电磁力，达到减小电机振动的目的。但是该修型方式的修型曲线较为复杂，对永磁体加工要求较高，同时，其永磁体表面不规则会增加表贴式转子表面粗糙度，增加电机运行时的风摩损耗与风噪，影响电机的运行效率。

中国发明专利申请号CN202122964560.7公开了一种永磁电机转子斜极，采用V形斜极结构减少气隙磁场谐波含量，降低齿槽转矩和转矩波动，达到减小电机振动和噪声的目的，同时对称式的设计能够削弱转子两端的轴向反力，保证了机械可靠性。但是V形斜极是采用多段转子叠加而成的，其具体实施难度较大，同时，其叠加后的转子表面和转子内孔的精度较差，容易造成径向不平衡的问题。

发明内容

本发明的内容是为了解决现有技术所存在的缺陷，提出了一种降低永磁电机振动的混合永磁体结构设计方法，该结构能够有效地改善电机的振动性能，同时能够减小电机运行时的电磁转矩脉动。

为了实现电机振动性能改善，本发明是采用以下的技术方案来实现的：一种降低永磁电机振动的混合永磁体结构设计方法，具体步骤如下：

步骤1，确定传统永磁电机的尺寸参数，包括槽极配比、定子内外径尺寸、定转子气隙长度、传统永磁体的极弧系数和厚度等参数；

步骤2，采用有限元方法求解传统永磁电机电磁力并进行谐波分析，确定引起电机振动的主要振动阶次和永磁磁密谐波阶次；

步骤3，根据电机尺寸参数，确定混合永磁体结构模型，永磁体混合块数和永磁体种类；

步骤4，利用解析法构建混合永磁体结构的磁动势表达式，采用数值法对混合永磁体结构的磁动势进行谐波分析；

步骤5，采用多目标遗传算法降低永磁体磁动势谐波含量，确定混合永磁体结构中各项变量参数；

步骤6，将优化后的混合永磁体结构模型导入有限元软件进行仿真，计算永磁磁密谐波与电磁力谐波；

步骤7，将电机三维模型与电磁模型在有限元软件中进行多物理场耦合，进行电机振动分析，得到混合永磁体结构的振动结果，验证本发明的有效性。