内嵌式永磁电机电磁振动噪声多物理场仿真与优化

陈鹏飞 尹红彬 张学义 史立伟 王永超 （

【摘要】以额定功率为5 kW的内嵌式永磁同步电机为研究对象，进行了电磁力、模态、振动和噪声特性分析及优化设计。推导了径向电磁力公式，分析电磁力空间阶次、频率特征，通过有限元模型进行模态分析，并比较和分析了有、无转子倒角的内嵌式永磁同步电机的电磁噪声特性分布。结果表明，有倒角的转子结构可有效抑制气隙磁通密度谐波，降低高频率电磁力、振动和噪声。

陈鹏飞1 尹红彬1 张学义1 史立伟1 王永超2 （ 1.山东理工大学，淄博 255000；2.中国汽车技术研究中心有限公司，天津 300000）

主题词：内嵌式永磁同步电动机 径向电磁力 电磁噪声 转子倒角TM351 A 10.19620/j.cnki.1000-3703.20200371中图分类号： 文献标识码： DOI:

Multi-Physics Field Simulation and Optimization of Electromagnetic Vibration & Noise of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor

Chen Pengfei1, Yin Hongbin1, Zhang Xueyi1, Shi Liwei1, Wang Yongchao2 1. Shandong University of Technology, Zibo 255000; 2. China Automotive Technology & Research Center Co., Ltd., （ Tianjin 300000） Abstract With a rated power of 5 kW Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM) as the research【 】object, the characteristics of electromagnetic force, modal, vibration and noise are analyzed and optimized. The radial electromagnetic force formula is derived, and the spatial order and frequency characteristics of electromagnetic force are analyzed. Then the modal analysis is carried out by finite element model. Finally, the electromagnetic noise distribution of IPMSM with and without rotor chamfering is compared and analyzed. The results show that the chamfered rotor structure can effectively reduce air gap flux density harmonics, high frequency electromagnetic force, vibration and noise.

Key words: IPMSM, Radical electromagnetic force, Electromagnetic noise, Rotor chamfer 1 前言

随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论和稀土永磁材料相关技术的快速发展，永磁同步电机

Permanent Magnetic Synchronous Machin，PMSM）

（ 也得以迅速推广应用。永磁同步电机具有结构简单、损耗小、效率高、功率密度大等一系列优势[1-5]。在永磁电机的电磁振动噪声优化方面，主要有两个出发点：第一，优化径向电磁力波的特性；第二，改善定子结构的传递特性。当电磁力的频率与电机的固有频

PMSM率一致时，会导致电机共振[6]。 电磁噪声的主要

PMSM来源是径向力波[7-8]，径向力波的阶次特征可表征

PMSM电磁噪声的阶次特征。马琮淦博士[9]对 进行了噪

PMSM

声测试与阶次分析，建立了考虑时间谐波电流的电磁噪声计算解析模型，当时间谐波电流的阶次是分数时，电磁噪声将出现分数阶特征频率。高辉、尹红彬等

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人[10]分析了 种不同槽极数配合的永磁电机电磁力的空间阶次和频率特征，结果表明，优化定子槽参数是减

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小 倍频噪声的重要手段。王秀和教授[11]等提出一种在转子齿两侧开槽来抑制电磁振动的方法，减小气隙中的径向磁密，增大切向磁密，抑制电磁振动。谢颖博

Inner- mounted士等[12]分析了内嵌式永磁同步电动机（

Permanent Magnetic Synchronous Machin，IPMSM）

的模态，提出了一种非常规的通过定子齿顶偏移来减小定子端部径向磁通密度分布的不均匀性，从而减小由径向力引起的电机振动的方法。