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        永磁同步電機(jī)定子鐵心模態(tài)分析與等效模型參數(shù)預(yù)測(cè)

        2022-12-29 00:00:00王飛武俊杰
        汽車科技 2022年5期

        摘 "要:本文針對(duì)永磁同步電機(jī)定子鐵心進(jìn)行了模態(tài)分析并提出了一種等效模型參數(shù)的預(yù)測(cè)方法。首先,利用解析法進(jìn)行永磁同步電機(jī)定子鐵心模態(tài)固有頻率的估算,分析定子鐵心各參數(shù)對(duì)于系統(tǒng)模態(tài)的影響。然后,利用有限元方法建立了定子鐵心等效模型,并提出了一種等效模型參數(shù)的預(yù)測(cè)方法。最后,利用模態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證了理論分析的正確性和等效模型參數(shù)預(yù)測(cè)方法的準(zhǔn)確性。本文為電機(jī)定子鐵心的模態(tài)分析提供了有限元鐵心參數(shù)預(yù)測(cè)方法,提高了仿真預(yù)測(cè)精度。

        關(guān)鍵詞:永磁同步電機(jī);模態(tài)分析;等效模型;模態(tài)預(yù)測(cè)

        中圖分類號(hào):U467.4 " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A " " "文章編號(hào):1005-2550(2022)05-0035-07

        Modal Analysis of Permanent Magnet Synchronous Motor Stator and Equivalent Model Parameter Prediction

        WANG Fei, WU Jun-jie

        ( China Automative Technology and Research Center Co.Ltd, Tianjin 30000 )

        Abstract: In this paper, the modal analysis of the permanent magnet synchronous motor(PMSM) stator core is carried out and a prediction method of the equivalent model parameters is proposed. Firstly, by using the analytical method the modal natural frequency of PMSM stator core is estimated , and the influence of the stator core parameters on the system modal is analyzed. Then, a stator core equivalent model is established by using the finite element method(FEM), and a prediction method for the equivalent model parameters is proposed. Finally, the correctness of the theoretical analysis and the accuracy of the equivalent model parameter prediction method are verified by modal test. This paper provides a finite element method for predicting the stator core parameters for the modal analysis of the motor stator core, which improves the simulation prediction accuracy.

        Key Words: PMSM;Modal Analysis;Equivalent Model;Modal Prediction

        1 " "引言

        隨著純電動(dòng)汽車的發(fā)展和普及,汽車驅(qū)動(dòng)用永磁同步電機(jī)的NVH問題愈發(fā)凸顯[1-2]。 在電機(jī)設(shè)計(jì)前期能夠預(yù)測(cè)電機(jī)定子鐵心模態(tài)特性和各階固有頻率,避免與汽車其他部件固有頻率發(fā)生共振,是抑制和改善純電動(dòng)汽車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)NVH問題的關(guān)鍵[3-5]。

        為了降低電機(jī)鐵心的渦流損耗,車用永磁同步電機(jī)定子鐵心由硅鋼片疊壓而成,因此定子鐵心的模態(tài)分析需要考慮硅鋼片疊壓帶來的剛度影響。近些年來國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都對(duì)電機(jī)定子鐵心模態(tài)進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[6]利用圓環(huán)理論分析了兩臺(tái)不同外徑的集中繞組電機(jī)定子系統(tǒng)模態(tài)特性和固有頻率,驗(yàn)證了圓環(huán)理論在分析電機(jī)定子系統(tǒng)模態(tài)時(shí)的準(zhǔn)確性。文獻(xiàn)[7]將定子鐵心視為一種均質(zhì)的正交各向異性層壓板結(jié)構(gòu)材料,利用你和曲線得到材料屬性參數(shù),對(duì)繞組和浸漆等部分設(shè)置等效措施,建立仿真模型并結(jié)合鐵心模態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證了方法的正確性。文獻(xiàn)[8]基于不同條件下電機(jī)定子的模態(tài)測(cè)試,提出了一種確定疊片鐵心和繞組物理參數(shù)的方法。結(jié)果表明,定子繞組對(duì)電動(dòng)機(jī)定子的模態(tài)頻率有很大影響,不能簡(jiǎn)單地視為附加質(zhì)量。文獻(xiàn)[9]提出了一種楊氏模量測(cè)量方法。并討論了鐵心質(zhì)量、密度和泊松比的影響對(duì)模態(tài)特性的影響。文獻(xiàn)[10]研究了疊片鐵心對(duì)轉(zhuǎn)子模態(tài)形狀的影響并對(duì)軸和安裝在軸上的轉(zhuǎn)子鐵心進(jìn)行了有限元仿真和試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析。文獻(xiàn)[11]首先對(duì)定子鐵心和繞組的等效模型進(jìn)行分析,總結(jié)了等效模型材料參數(shù)對(duì)定子系統(tǒng)固有頻率的影響規(guī)律,提出了一種快速確定等效模型材料參數(shù)的方法,并利用模態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證了理論的準(zhǔn)確性。

        總之,已經(jīng)有很多學(xué)者對(duì)永磁同步電機(jī)定子鐵心的模態(tài)特性進(jìn)行了研究,研究的重點(diǎn)主要是定子鐵心各項(xiàng)異性的材料屬性等效及材料等效模型后的材料參數(shù)確定。然而,目前的電機(jī)定子鐵心等效模型的材料參數(shù)基本是仿真模型與模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)照擬合的,無(wú)法在電機(jī)設(shè)計(jì)前期進(jìn)行電機(jī)定子鐵心的模態(tài)固有頻率預(yù)測(cè)與模態(tài)分析。文獻(xiàn)[11]中提出了定子鐵心材料屬性等效的規(guī)律和趨勢(shì),為定子鐵心材料等效參數(shù)的預(yù)測(cè)提供了基礎(chǔ)。

        本文以一臺(tái)車用永磁同步電機(jī)為研究對(duì)象,分析定子鐵心的模態(tài)特性,利用解析法分析定子鐵心的固有頻率,并分析其各材料參數(shù)對(duì)模態(tài)頻率的影響,然后利用有限元軟件建立一種定子鐵心等效模型,并提出了一種等效模型參數(shù)的預(yù)測(cè)方法,能夠在電機(jī)設(shè)計(jì)前期進(jìn)行定子鐵心的模態(tài)頻率預(yù)測(cè)。最后用模態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證理論分析的正確性和等效模型參數(shù)預(yù)測(cè)方法的準(zhǔn)確性。

        2 " "解析法建模與模態(tài)固有頻率分析

        電機(jī)結(jié)構(gòu)和定子系統(tǒng)通常為圓柱體,對(duì)于圓柱體,殼體的彎曲,延其徑向、軸向和切向三個(gè)相互垂直方向上的振動(dòng)是相互耦合的。這種耦合的結(jié)果之一是,任何一個(gè)方向上的激勵(lì)都會(huì)引起三個(gè)方向上的振動(dòng),這就使得求解變的十分困難,因而在運(yùn)用解析法時(shí)必須采用簡(jiǎn)化方法。而定子振動(dòng)主要是有定子齒尖的電磁力引起的。電磁力有徑向分量和切向分量。由于通常情況下徑向分量大約比切向分量大一個(gè)數(shù)量級(jí),因而可以合理的忽略電磁力切向分量的貢獻(xiàn),這也就意為著可以忽略徑向和切向的振動(dòng)耦合,因此簡(jiǎn)化的解析法主要研究對(duì)于能夠引起車用電機(jī)NVH問題的徑向模態(tài)[12]。

        在經(jīng)典方法中[13] ,定子鐵心-繞組系統(tǒng)被視為附加有齒和繞組的固定厚度圓環(huán)。定子-繞組系統(tǒng)m階徑向振動(dòng)模態(tài)的固有頻率可表示為:

        式中:Km為定子-繞組系統(tǒng)的集中剛度(N/m);Mm為定子-繞組系統(tǒng)的集中質(zhì)量(kg)。

        首先對(duì)定子鐵心進(jìn)行解析法建模,定子鐵心可視為一個(gè)圓環(huán),假設(shè)將電機(jī)定子視為無(wú)限長(zhǎng)的圓柱體,在許多機(jī)械工程手冊(cè)中[14],無(wú)限長(zhǎng)圓柱殼體m≥0階模態(tài)的集中剛度可表述為:

        (2)

        (3)

        式中:Dc為定子鐵心的平均直徑(定子鐵心內(nèi)外徑的算術(shù)平均值),Dout為定子鐵心外徑,Li為定子鐵心的有效長(zhǎng)度,hc為定子鐵心軛部厚度,Ec為硅鋼片疊片彈性模量,vc為定子鐵心的泊松比。

        在Donnel-Mushtari理論的基礎(chǔ)上,參數(shù)Ωm為二階運(yùn)動(dòng)特性方程的根[15],并且對(duì)于m=0階徑向模態(tài):

        (4)

        對(duì)于m≥1階徑向模態(tài):

        其中,

        同時(shí),

        式中:ρc為疊片密度。

        本文研究對(duì)象為一臺(tái)車用永磁同步電機(jī),結(jié)構(gòu)參數(shù)詳見表1,材料參數(shù)詳見表2。電機(jī)的徑向彈性模量為Ec=195000MPa,將式(2)和式(7)帶入式(1)中,計(jì)算得到電機(jī)的徑向模態(tài)固有頻率,詳見表3。其中,(m,n)表示m階徑向模態(tài),n階軸向模態(tài)。由于簡(jiǎn)化的解析算法建模忽略了軸向的影響,因此得出的結(jié)果僅有徑向模態(tài)。

        由表3可知,定子鐵心解析法計(jì)算的固有頻率和有限元法計(jì)算的固有頻率有一定誤差,這是由于解析法在簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)將定子鐵心等效成無(wú)限長(zhǎng)圓環(huán),忽略了定子齒的影響,導(dǎo)致模態(tài)的等效彈性模量與實(shí)際存在較大誤差。同時(shí)解析法計(jì)算的固有頻率沒有考慮軸向的影響,僅計(jì)算了徑向模態(tài)固有頻率,因此在計(jì)算電機(jī)定子鐵心的徑向模態(tài)固有頻率時(shí),解析法對(duì)于模態(tài)固有頻率的預(yù)測(cè)有一定的參考價(jià)值。由解析法公式可以看出,在定子鐵心材料不變的前提下,定子鐵心的模態(tài)頻率與定子鐵心軛部厚度成正比,與定子鐵心的平均直徑的平方成反比,與定子鐵心的有效長(zhǎng)度無(wú)關(guān)(僅限徑向模態(tài))。同時(shí)定子鐵心的平均直徑與定子鐵心的外徑正相關(guān),與定子鐵心軛部厚度負(fù)相關(guān)。因此在不改變定子鐵心材料的前提下,想要提高定子鐵心模態(tài)固有頻率,可以增大定子鐵心軛部厚度或者減小定子鐵心的外徑;想要降低定子鐵心模態(tài)固有頻率,可以減小定子鐵心軛部厚度或者增大定子鐵心的外徑。其中改變軛部厚度的效果最為明顯。

        3 " "有限元法建模與模態(tài)分析

        利用有限元方法建立永磁同步電機(jī)定子鐵心模型,使其在結(jié)構(gòu)上實(shí)際電機(jī)盡量保持一致,同時(shí)在邊界條件上與模態(tài)試驗(yàn)盡量保持一致,能夠更好的與模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,提高計(jì)算的準(zhǔn)確性和有效性。

        利用電機(jī)數(shù)模準(zhǔn)確建立定子鐵心有限元模型,如圖1。在模態(tài)仿真分析中,需要確定5個(gè)材料屬性,其中密度、徑向和切向的彈性模量、泊松比均設(shè)置為硅鋼片的材料屬性。由于定子鐵心是由硅鋼片疊壓而成,硅鋼片的厚度在0.35mm-0.5mm之間,之間由絕緣材料填充,因此定子鐵心在軸向不能直接使用硅鋼片的材料屬性,需要設(shè)置為各向異性材料。此試驗(yàn)用電機(jī)定子鐵心疊壓系數(shù)為0.97,考慮疊壓系數(shù)對(duì)軸向彈性模量的影響,根據(jù)文獻(xiàn)[7]的擬合曲線方法確定定子鐵心軸向彈性模量,擬合曲線見圖2,材料等效參數(shù)如表4。其他參數(shù)根據(jù)公式(8)-(10)計(jì)算得出[16]。

        (8)

        (9)

        (10)

        式中,E為彈性模量,G為剪切模量,v為泊松比,x、y、z分別為電機(jī)定子鐵心的切向、徑向和軸向分量。

        有限元模態(tài)計(jì)算結(jié)果見表5。由表5可知,在徑向和切向應(yīng)用硅鋼片材料屬性,在軸向上采用定子鐵心疊壓系數(shù)和彈性模量擬合的方式進(jìn)行等效,這樣的各向異性屬性能夠有效的計(jì)算出定子鐵心各階模態(tài)振型和固有頻率。

        4 " "模態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證

        4.1 " 定子鐵心模態(tài)試驗(yàn)

        為了驗(yàn)證理論分析和有限元仿真中等效材料預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,采用錘擊法對(duì)定子鐵心進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn),采用型號(hào)SCL220的LMS48通道設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和信號(hào)分析,利用振動(dòng)噪聲數(shù)據(jù)采集軟件LMS Test.Lab 18A進(jìn)行模態(tài)分析的后處理。被測(cè)試的定子鐵心利用軟繩懸掛在空中,模擬其自由狀態(tài),使其盡可能與有限元仿真保持一致,以便進(jìn)行對(duì)比分析,測(cè)試圖片見圖3。在定子鐵心徑向選取9個(gè)激勵(lì)點(diǎn),軸向選取3列,共計(jì)27個(gè)激勵(lì)點(diǎn),用力錘進(jìn)行敲擊激勵(lì)來測(cè)試,模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果見表6所示。

        通過測(cè)出的模態(tài)頻率和振型足夠驗(yàn)證有限元法的計(jì)算結(jié)果,其對(duì)比如圖4所示,誤差結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出,定子鐵心各階固有頻率的有限元仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果誤差很小,證明了定子鐵心的理論分析和有限元仿真中等效材料預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

        5 " "總結(jié)

        本論文主要研究分析了永磁同步電機(jī)定子鐵心有限元模型材料屬性等效問題,提出了一種材料屬性等效預(yù)測(cè)的方法。首先,利用解析法計(jì)算了定子鐵心徑向模態(tài)固有頻率;然后根據(jù)定子鐵心的材料屬性和疊壓特性,提出了定子鐵心材料屬性等效預(yù)測(cè)的放大,利用有限元仿真的方式計(jì)算等效模型的徑向模態(tài)振型和固有頻率;最后,利用模態(tài)試驗(yàn)對(duì)解析法和材料屬性等效預(yù)測(cè)方法進(jìn)行分析驗(yàn)證。定子鐵心材料屬性等效預(yù)測(cè)的方法能夠在電機(jī)設(shè)計(jì)前期進(jìn)行電機(jī)固有頻率的預(yù)測(cè)分析,為電機(jī)設(shè)計(jì)起到一定的指導(dǎo)作用。本文得到以下結(jié)論:

        (1)定子鐵心的模態(tài)頻率與定子鐵心軛部厚度成正比,與定子鐵心的平均直徑的平方成反比;

        (2)考慮疊壓系數(shù)后的徑向彈性模量擬合方法能夠有效預(yù)測(cè)定子鐵心等效模型的材料屬性;

        參考文獻(xiàn):

        [1]Yongchao Wang,Hui Gao,Haiyang Wang,and Wenpeng Ma. NVH Optimization Analysis of Permanent Magnet Synchronous Motor by Rotor Slotting[J]. Vehicles,2020,2(2),287-303.

        [2]F. Ma,H. Yin,L. Wei,G. Tian, and H. Gao. Design and optimization of IPM motor considering flux weakening capability and vibration for electric vehicle applications[J]. Sustainability,2018,vol.10,no.5,1533-1543.

        [3]林巨廣,吳夢(mèng).基于模態(tài)分析的永磁同步電機(jī)噪聲研究[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì),Mar. 2020 Vol.37 No.3:33-38.

        [4]Shuanglong Wu,Shuguang Zuo,Xudong Wu. Vibroacoustic Prediction and Mechanism Analysis of Claw Pole Alternators[J]. IEEE Transactions on Industry Electronics,2017,VOL.4 NO.6:4463-4473.

        [5]高輝,尹紅彬,王永超. 不同槽極數(shù)配合的永磁電機(jī)噪聲特性分析[J]. 微電機(jī),2019,Vol.52:1-4.

        [6]Verez G,Espanet C. Natural frequencies analytical modeling of small industrial radial flux permanent magnet motors[C]. Proceedings of the 2015 18th International Conference on Electrical Machines and Systems,Pattaya City,Thailand:IEEE,2015:1963-1969.

        [7]陳云華,丁天慧,田磊. 電機(jī)疊片鐵心的振動(dòng)特性計(jì)算方法研究[J]. 電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2014,vol.18,No.1 71-76.

        [8]Jingjing Sun,Haijun Feng,Changsheng Zhu. Identification of laminated core and winding's physical parameters by stator's modal testings[C]. "17th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS),22-25 Oct. 2014,14881492.

        [9]Zhangjun Tang,P.Pillay,Avoki M. Omekanda,Chen Li.Young's Modulus for Laminated Machine Structures With Particular Reference to Switched Reluctance Motor Vibrations[J]. IEEE Transactions on Industry Applications, June 2004,40(3):748-754.

        [10]Sumit Singhal,Kumar Vikram Singh,Andrew Hyder. Effect of laminated core on rotor mode shape of large high speed induction motor[C]. Electric Machines amp; Drives Conference (IEMDC),May 2011,pp. 1557-1562.

        [11] "H. Yin,F(xiàn). Ma,X. Zhang,C. Gu,H. Gao,and Y. Wang. Research on equivalent material properties and modal analysis method of stator system of permanent magnet motor with concentrated winding[J]. IEEE Access,2019,vol. 7,64592-64602.

        [12]Jacek F. G.,Chong W.,Joseph C.L. Noise of Polyphase Electric Motors.CRC Press[M]. 2005,ISBN-13: 978-0824723811.

        [13]李曉華,黃蘇融,張琪. 電動(dòng)汽車用永磁同步電機(jī)定子結(jié)構(gòu)固有頻率分析[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2017,vol.37 No.8:2383-2390.

        [14]Yang,S.J. Low-Noise Electrical Motors[M], Clarendon Press,Oxford,1981.

        [15]Leissa,A.W. Acoustical society of America[J]. Vibration of Plates,1993:118-119.

        [16]JMAG-Designer 16.0. Help,Home,F(xiàn)unctions of Analysis,Materials,Mechanical Properties[M],JSOL,Tokyo,Japan,2019.

        王 " 飛

        畢業(yè)于河北工業(yè)大學(xué)車輛工程專業(yè),本科學(xué)歷。現(xiàn)就職于中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司,擔(dān)任NVH研發(fā)工程師職務(wù)。

        專家推薦語(yǔ)

        章國(guó)光

        湖北工業(yè)大學(xué)

        電機(jī)系統(tǒng)控制與汽車電動(dòng)化專業(yè)教授

        針對(duì)電機(jī)定子鐵心的模態(tài)計(jì)算,通過計(jì)算解析與有限元法建模分析開展對(duì)比及試驗(yàn)研究,論文提出的方法在電機(jī)設(shè)計(jì)前期可進(jìn)行固有頻率的預(yù)測(cè),對(duì)電機(jī)設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用,具有較高的實(shí)用價(jià)值。

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