(完整版)2019年永磁电机研究.doc

永磁同步电动机转子系统的模态分析计算黄渠;武宁;李建军;任德江【摘要】对一般调速永磁同步电机转子系统进行了模态分析,针对表贴式转子结构,分别对其自由状态下,轴承支撑状态下分别进行了模态分析计算,利用ANSYS-workbench有限元软件模拟轴承支撑,并通过调整轴承位置,研究轴承距离转子铁心对称与不对称情况下的模态频率的变化.研究结果表明,相对于转子系统自由状态下的模态频率,轴承支撑会使转子系统模态频率下降,另外,对称轴承支撑更有利于转子系统稳定,使一阶临界转速更高.为高速电机转子的结构优化设计提供一定的依据.【期刊名称】《防爆电机》【年(卷),期】2019(054)003【总页数】4页(P12-15)【关键词】转子系统;模态分析;同步电机;临界转速【作者】黄渠;武宁;李建军;任德江【作者单位】广东工业大学,广东广州510006;广东工业大学,广东广州510006;广东工业大学,广东广州510006;广东工业大学,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TM301.30 引言电机是一个包含定、转子在内的机电耦合系统。

转子作为各种旋转机械的关键部件，电机转子的振动特性直接影响到转轴的可靠性和电机的工作寿命的长短。

—般情况下，转子根据它自身的变形属性，变形系数低称为刚性转子反之称为柔性转子。

振动主要在其临界转速附近比较显著，为确保调速范围内可以避免共振，应保证其临界转速尽量远离正常工作转速。

对于刚性转子，工程上希望它的工作转速小于一阶临界转速，柔性转子则希望它工作转速大于一阶临界转速。

因此准确计算转子结构的模态特性对于选取转轴材料以及排除电机共振故障有很重要的现实意义[1]。

现如今应用于计算临界转速的方法有很多，包括有：有限元法、有限差分法、传递矩阵法以及结构修正法。

但由于影响临界转速的因素很多，要想获得更贴近实际表现的临界转速，依然是目前所需要研究的重点之一[2～4]。

文献[5]针对永磁同步电机转子的磁钢保护套对转子临界转速的影响进行了模态分析，验证有限元方法的有效性。

新型永磁电机的设计、分析与应用研究一、概述随着全球能源危机和环境保护压力的不断增大，高效、节能、环保的电机技术成为了当前研究的热点。

永磁电机作为一种新型的电机技术，具有高效率、高功率密度、低噪音、低维护等优点，被广泛应用于电动汽车、风力发电、工业自动化等领域。

对新型永磁电机的研究具有重要意义。

新型永磁电机的研究涉及到电机设计、分析、优化以及应用等多个方面。

在电机设计方面，需要考虑电机的结构、绕组、永磁体等因素，以实现电机的最佳性能。

在电机分析方面，需要建立电机的数学模型，对电机的性能进行预测和评估。

在电机优化方面，需要采用先进的优化算法，对电机的结构参数进行优化，以提高电机的效率和可靠性。

在应用方面，需要研究永磁电机在不同领域的应用特点和技术难点，以推动永磁电机的广泛应用。

本文旨在对新型永磁电机的设计、分析与应用进行深入的研究和探讨。

介绍了永磁电机的基本原理和分类，为后续研究打下基础。

详细阐述了永磁电机的设计方法，包括电机的结构设计、绕组设计、永磁体设计等。

建立了永磁电机的数学模型，对电机的性能进行了预测和评估。

接着，采用先进的优化算法，对电机的结构参数进行了优化，以提高电机的效率和可靠性。

结合实际应用案例，分析了永磁电机在不同领域的应用特点和技术难点，为永磁电机的应用提供了有益的参考。

通过本文的研究，可以为新型永磁电机的设计、分析与应用提供理论支持和技术指导，推动永磁电机技术的进一步发展和应用。

1. 永磁电机的发展历程与现状永磁电机，作为一种重要的电机类型，其发展历程与现状反映了电机技术的持续进步与革新。

早在20世纪初，永磁电机就已经开始被研究和应用，但受限于当时永磁材料的性能，其应用范围和效率相对较低。

随着稀土永磁材料的出现和发展，尤其是钕铁硼等高性能永磁材料的出现，永磁电机的性能得到了显著提升，应用领域也大幅扩展。

近年来，随着全球对节能减排和环保要求的不断提高，永磁电机以其高效率、高功率密度、低维护成本等优点，在新能源汽车、风力发电、电动工具、家用电器等领域得到了广泛应用。

第２９卷第４期２０１９年１２月湖南工程学院学报J o u r n a l o fH u n a n I n s t i t u t e o fE n g i n e e r i n g V o l．２９．N o．４D e c．２０１９㊀削弱轴向磁场永磁同步风力发电机齿槽转矩方法的研究∗柯梦卿,邓秋玲,张㊀群,向全所,龙㊀夏(湖南工程学院电气信息学院风力发电机组及控制湖南省重点实验室,湘潭４１１１０４)㊀㊀摘㊀要:齿槽转矩是电机转矩脉动的主要来源,严重时会使电机产生振动和噪声,出现转速波动,使电机不能平稳运行,影响电机的性能．为了减弱轴向磁场永磁风力发电机的齿槽转矩,在提议的１０k W双转子单定子轴向磁场风力发电机电磁方案的基础上,使用三维有限元法从定子半磁性槽楔㊁斜极和两转子盘相对偏移对电机齿槽转矩的影响等方面进行研究,并对电机进行优化设计和仿真,仿真结果证明,通过增加磁性槽楔并在槽楔中间开槽,转子磁钢斜极和偏移两转子盘相对位置等措施可以有效减弱轴向磁场永磁电机的齿槽转矩．关键词:齿槽转矩;轴向磁场;永磁电机;风力发电机中图分类号:T M３１５㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀文章编号:１６７１－１１９X(２０１９)０４－０００１－０７０㊀引言轴向磁场电机也称为盘式电机,相比于径向磁场电机,具有高转矩㊁高功率密度和低转动惯量等优点．永磁电机取消了励磁绕组,结构简单㊁效率高[１－２]．但由于永磁体的存在不可避免地产生了齿槽转矩,在高速时,转矩脉动问题不是很严重,但低速下的转矩脉动会恶化电机的性能．轴向磁场电机可以为有铁心和无铁心结构,无铁心结构不存在齿槽转矩[３],但功率密度低．有铁心的轴向磁场电机因为定子开槽和气隙磁阻的变化,永磁磁场和定子槽相互作用产生齿槽转矩[４]．在风力发电系统中,齿槽转矩会引起电机输出转矩的波动,从而产生振动和噪音,同时使风轮机的转速出现脉动,降低风力机组低速运行时捕捉风能的利用率．因此降低永磁电机的齿槽转矩已成为永磁电机设计的关键技术之一[５－６]．文献[７]对永磁电机转子进行了分段斜极研究,并通过３D有限元仿真和样机试验表明采用斜极能够减弱齿槽转矩．但文中没有研究不同斜极角对电机齿槽转矩的影响．文献[８]运用了改进的虚位移法对盘式永磁电机模型分段斜极和整体斜极进行了仿真与验证,结果表明优化后电机的齿槽转矩为优化前电机齿槽转矩的７．３０３％．文献[９]制造了双转子结构的轴向磁场永磁同步电机的原型机,然后通过实验分析了齿槽转矩分量对轴向磁场电机转矩质量的影响,结果表明采用偏斜磁体的方法可以显著减小齿槽转矩．由此可见,运用合适的斜极能够大大减少盘式电机的齿槽转矩．本文在提出的１０k W双转子单定子轴向磁场风力发电机电磁方案的基础上,研究定子采用半磁性槽楔㊁转子斜极和转子盘相对偏移对齿槽转矩的影响．通过使用三维有限元法从不同的齿槽转矩优化策略出发对发电机的齿槽转矩进行了详细地研究,从而确定最合适的永磁电机齿槽转矩减弱方案．１㊀轴向磁场电机的结构及齿槽转矩的产生机理１．１㊀所提议的轴向磁场永磁电机的结构及建模本文中电机为双转子单定子结构,两个转子盘分布在定子的两侧,如图１所示．定子两侧的转子盘∗收稿日期:２０１９－０６－２４基金项目:湖南省自然科学基金省市联合项目(２０１８J J４０４１);国家自然科学基金项目(５１８７５１９３)．作者简介:柯梦卿(１９９４－),女,硕士研究生,研究方向:风力发电系统控制技术．通信作者:邓秋玲(１９６６－),女,博士,教授,研究方向:特种电机设计和风力发电．㊀㊀㊀㊀湖南工程学院学报２０１９年上的磁钢有两种相对的方式,一种是定子两侧磁钢的磁极属性相同,即所谓的N－N 结构．另外一种是定子两侧相对的磁钢的磁极属性相反,即所谓的N－S 结构．本文研究对象为N－N 型磁路结构．图１㊀提议的轴向磁场电机结构示意图采用传统的电磁设计方法得到的１０k W 双转子单定子轴向磁场风力发电机的主要结构参数如表１所示．参数初步确定以后,通过s o l i d w o r k s 建立轴向磁场永磁同步发电机的模型,然后将模型导入到M a x w e l l ３D 中．考虑到全模型有限元分析需要进行大量的运算,耗费时间长,拟取全模型的１/１６进行仿真,如图２所示．表１㊀电机的主要参数参数数值参数数值额定功率P N /k W １０额定效率ηN ０．９额定电压U N /V１０５额定功率因数c o s φN０．９额定转速n N /r /m i n ３６００极对数P １６额定频率f /H z ９６０相数m３定子铁芯内径D i /c m ６０定子铁芯外径D o /c m１００转子铁芯内径D r i /c m ６０转子铁芯外径D r o /c m １００永磁体内径D m i /c m ６０永磁体外径D m o /c m１００永磁体厚度L P M /c m０．４０５永磁体型号N T P ３３H 图２㊀电机１/１６模型１．２㊀齿槽转矩产生的机理在不考虑饱和和漏磁的情况下,永磁电机的电磁转矩可以用式(１)表示．T o u t ＝T ０＋ðɕn ＝１T ６n co s (n ６w t )＋T c o g (１)式中:T ０为平均转矩;T c o g 为齿槽转矩;T ６n 为非正弦的反电动势和电流带来的谐波转矩分量．n ＝１,２,３,．齿槽转矩是由磁钢边缘和定子槽之间的相互作用产生的,即定子槽引起的定子磁阻变化导致的磁通变化而引起,可用式(２)表示．T c o g ＝－１２φg a p d R s dθ(２)式中:φga p 为气隙磁通量;R s 为定子磁阻．从式(２)可知,通过降低气隙磁通量或者定子磁阻的变化率可以减少齿槽转矩,但是减少气隙磁通将会降低电机性能,所以减少磁阻变化率将是一个可行的方法．本文通过采用半磁性槽楔㊁斜极㊁转子盘相对偏移等措施来减小磁阻变化率以达到减弱双转子单定子轴向磁场风力发电机的齿槽转矩的目的．２㊀槽楔对齿槽转矩的影响２．１㊀采用磁性槽楔的定子槽形结构定子采用开口槽时便于嵌线,但同时会导致等效的气隙增大,而且可能远远大于物理气隙．气隙的增加会导致额外的损耗,对电机的效率以及功率因数产生影响[１０]．同时由于气隙磁阻的影响,电机的气隙磁密和输出转矩也会恶化．为了弥补开槽效应引起的气隙磁密减少的问题,需要增加励磁电流,这样会导致铜耗增大．减少开口槽效应的另外一种有效的办法是应用磁性槽楔．在减少气隙磁密脉动方面,铁氧体磁楔在传统的感应电机和同步电机中有明显的效果[１１]．从电磁角度出发,采用半磁性槽楔的定子具有半封闭槽相似的效果．半磁性槽楔对电机性能的影响主要与磁性槽楔的相对磁导率和几何形状有关．最新的研究提出,软磁复合材料(S o f t M a g n e t i cC o m po s i t e ,S M C )槽楔可以根据槽楔形状通过将绝缘粉末材料和粘结剂粉末混合压制得到,制造容易,但与传统硅钢叠片磁性材料相比,S M C 材料的相对磁导率低,磁滞损耗大,导热性差,且在轴向磁场电机中的应用比较少,因此有必要对轴向磁场电机添加S M C 槽楔进行研究．本文中定子的磁２第４期柯梦卿等:削弱轴向磁场永磁同步风力发电机齿槽转矩方法的研究性槽楔拟选用S M C 材料中应用比较广泛的S O ＧMA L O Y T M ５００,其饱和磁密达到２．１T ,最大相对磁导率为５００．基于槽楔形状不是很复杂,可以通过将S M C 材料切割成型来完成,不需要专门的模具,这样非常适合小批量的试制,大大减少了研发的成本．在分块的槽楔上有燕尾筋槽,可以与成型的定子槽镶嵌装配,在槽楔装配好后需要通过将槽楔㊁绕组㊁定子槽固化,以增加强度和提高散热性能,也能够防止槽楔在电机高速旋转时飞出．２．２㊀磁性槽楔对电机齿槽转矩影响的仿真由于双转子单定子轴向磁场电机结构具有对称性,本文只用一个转子和半个定子的简化模型来研究磁性槽楔的效果．磁力线通过线圈到槽口再到气隙,若使用非磁性槽楔则等效于中间为空气．使用磁性槽楔代替非磁性槽楔时,一方面,有助于减小气隙磁阻,提高每极磁通量;另一方面,磁性槽楔也会为永磁体漏磁提供更小的磁阻路径从而减少磁通量．采用S M C 材料制成的半磁性槽楔的定子槽形结构如图３所示．图３㊀采用磁性槽楔的定子槽形结构为了研究不同厚度的磁性槽楔对电机齿槽转矩的影响,分别对其建立电机模型,槽楔厚度H 分别为０．５mm ㊁１mm ㊁１．５mm ㊁２mm ,其他尺寸保持不变．图４为添加槽楔之后A n s o f tM a x w e l l 的３D 模型,槽楔完全填满槽内的空隙部分,全闭合槽口．接着研究槽楔中间开槽的半磁性槽楔对电机性能的影响．在槽楔的中心部分插入间隙,如图５所示,将间隙设置为０．５mm ㊁１mm ㊁１．５mm ,形成半封闭槽,而槽楔的高度都保持在２mm 不变．从不同槽楔厚度下电机齿槽转矩来看,齿槽转矩波动都降到m N m 级,通过对不同开槽宽度的图６仿真结果来看,齿槽转矩波动最大值也减少至１．５N m 以内,而未优化前电机的齿槽转矩最大值达９N m ,采用磁性槽楔之后齿槽转矩降为原来的２０％不到．槽楔厚度从０．５mm 增加到１mm 时,齿槽转矩优化的效果也越好．当槽楔达到１．５mm ,齿槽转矩增大,槽楔厚度达到２mm ,齿槽转矩降到四组里面的最小值．可以得出磁性槽楔对电机齿槽转矩的削弱作用很大,选取合适的磁楔厚度能够大大降低齿槽转矩．图６㊀开槽１mm 齿槽转矩３㊀㊀㊀㊀湖南工程学院学报２０１９年表２㊀不同槽楔厚度转矩范围槽楔厚度/mm转矩最大值转矩最小值０．５１００/m N m －６８０/m N m １１２５/m N m －１９０/m N m １．５１．３/N m－１．１５/N m ２１４０/m N m －６０/m N m图７为槽楔厚度为２mm ,在槽楔中间分别开０．５mm 和１mm 宽的间隙时的齿槽转矩波形．槽楔中间开０．５mm 槽时,齿槽转矩约为０．５N m ,槽楔中间开１mm 宽的间隙时齿槽转矩不到０．２N m．因此得到采取槽楔中间开槽的半闭合槽楔后,齿槽转矩又进一步减少了．并且在一定的范围内随着槽楔中间开槽的宽度增加,齿槽转矩要进一步减少．图７㊀开槽槽楔电机的齿槽转矩３㊀斜极对齿槽转矩的影响３．１㊀采用斜极的原理永磁电机磁钢斜一定的角度,可以减小磁阻变化率,因此可以减小齿槽转矩．采用磁钢斜极减少齿槽转矩可以由解析式(３)来得到．T c o g (a ,N a )＝πz L a２μ０ðɕn ＝１n G n B z l i m m ңɕ{R ２－R １m ðm ＝１i ＝０[R １＋i m (R ２－R １)]s i n [n z (a －imN a θa １)]}(３)４第４期柯梦卿等:削弱轴向磁场永磁同步风力发电机齿槽转矩方法的研究由于轴向磁场电机具有平面气隙,并且具有较大的磁体表面积,使得斜极技术可以更容易地应用于轴向磁场电机,转子斜极只需通过将磁钢在制作时斜一定的角度即可实现,不需要改变转子盘结构,如图８所示．另外,倾斜的磁钢磁化过程与标准的磁钢磁化过程没有任何不同,因此磁钢倾斜适合轴向磁场电机大规模的生产,而传统的径向电机斜极需要将定子铁心分段来实现．图８㊀轴向齿槽电机磁钢斜极３．２㊀采用斜极的仿真分析在保持其他条件不变的情况下,建立了不同磁钢倾斜角度的轴向磁场电机模型,通过３D M a x w e l l 对模型进行有限元分析．文献[７]采用磁钢分段移位来减少齿槽转矩,磁钢倾斜从１ʎ~１１ʎ,仿真表明,齿槽转矩都得到了改善,但是当倾斜角度超过１１ʎ时,齿槽转矩又开始增大．该措施在实际的电机生产中工艺复杂．传统的径向磁场电机转子斜极角度由式(４)可得．然而,轴向磁场电机由于内㊁外半径不同,所以斜极角度只是接近但不完全相同．本文磁钢θ设置的角度分别为４．５ʎ㊁６ʎ㊁７．５ʎ㊁９ʎ,建立以１．５度为间隔的多个轴向磁场电机磁钢斜极的模型．θ＝２πQ(４)经过仿真可知,相比优化前,电机的齿槽转矩大大减少,并且随着磁钢的斜极角度增大,齿槽转矩逐步减小．在磁钢倾斜角度达到９ʎ时,电机的齿槽转矩仅为优化前电机齿槽转矩的３０％左右．图９为不同斜极角度下电机的空载反电动势波形．由图９可知,随着斜极角度的增加,电机的空载反电动势减少,斜极角度增加为９ʎ时,电机空载反电动势减少了２２％．因此可以得出,斜极在大幅降低齿槽转矩的同时也会使电机的空载反电动势大幅度降低,所以在采用斜极降低齿槽转矩的同时也要协调好其他性能．图９㊀不同斜极下的空载反电动势５㊀㊀㊀㊀湖南工程学院学报２０１９年４㊀转子盘偏移对齿槽转矩的影响双气隙轴向磁场电机的齿槽转矩是由与每个气隙中相关联的齿槽转矩波形叠加产生的．因此,通过周向改变双转子单定子轴向磁场电机中的两个转子盘的相对位置,或者对于双定子单转子轴向磁场电机来说,周向改变两个定子的相对位置,可以削弱齿槽转矩．在原来电机模型的基础上,保持一个转子盘不动,将另外一个转子盘以转动轴为中心转动一个槽距(机械角度７．５ʎ),其它参数保持不变,电机齿槽转矩的仿真结果如图１０所示,齿槽转矩大小降到了５００m N m左右,不到优化前电机齿槽转矩的１/１０．由此可见,双转子单定子轴向磁场电机可以通过将两个转子盘错开一定的角度,从而较容易地达到降低齿槽转矩的效果．这种优化策略的成本很低,可以轻松地从结构安装上面来解决齿槽转矩问题．图１０㊀转子盘偏移优化的齿槽转矩５㊀结论基于电机齿槽转矩的产生机理,从轴向磁场电机的结构特点出发,提出了增加磁性槽楔并在槽楔中间开槽㊁转子磁钢斜极和偏移两转子盘相对位置三种措施来减弱轴向磁场电机的齿槽转矩．采用有限元法,对电机的齿槽转矩进行了详细的研究．从仿真结果可以看出,这三种方法在减小齿槽转矩方面效果都比较显著,但同时空载电动势也有所降低,特别是采用转子磁钢斜极的方法,电动势下降更多,因此在考虑减弱齿槽转矩的同时应注意反电动势的变化情况．参㊀考㊀文㊀献[１]㊀黄允凯,周㊀涛,董剑宁,等．轴向永磁电机及其研究发展综述[J]．中国电机工程学报,２０１５,３５(１):１９２－２０５．[２]㊀唐任远．现代永磁电机理论与设计[M]．北京:机械工业出版社,２００６:１１－３５．[３]㊀刘㊀艳．基于HA L B A C H阵列的盘式无铁心永磁同步电动机分析与计算[D]．天津大学硕士学位论文,２００４．[４]㊀C a m p b e l l,P e t e r．P e r f o r m a n c e o f aP e r m a n e n tM a g n e tA x i a lＧf i e l dD C M a c h i n e[J]．I E E EJ o u r n a lo n E l e c t r i cP o w e rA p p l i c a t i o n s,１９７９,２(４):１１３９－１１４４．[５]㊀李㊀婉．中间定子轴向磁场通切换型永磁同步风力发电机分析与设计[D]．东南大学硕士学位论文,２０１１．[６]㊀王永艳．轴向磁通永磁同步发电机的研究[D]．哈尔滨工业大学硕士学位论文,２０１１．[７]㊀王晓宇,孙㊀宁,陈丽香,等．转子分段斜极对永磁伺服电机性能的影响[J]．电机与控制应用,２０１７,４４(８):５９－６４．[８]㊀周俊杰,范承志,叶云岳,等．基于斜磁极的盘式永磁机齿槽转矩削弱方法[J]．浙江大学学报(工学版),２０１０,４４(８):１５４８－１５５２．[９]㊀A y d i n M,G u l e c M．R e d u c t i o no fC o g g i n g T o r q u e i nD o u b l eＧR o t o rA x i a lＧF l u xP e r m a n e n tＧM a g n e tD i s k M oＧt o r s:A R e v i e w o f C o s tＧE f f e c t i v e M a g n e tＧS k e w i n gT e c h n i q u e s W i t hE x p e r i m e n t a lV e r i f i c a t i o n[J]．I E E ET r a n s a c t i o n s o nI n d u s t r i a lE l e c t r o n i c s,２０１４,６１(９):５０２５－５０３４．６第４期柯梦卿等:削弱轴向磁场永磁同步风力发电机齿槽转矩方法的研究[１０]P e t r o v I,L i n d hP,P e n g W Y,e t a l．I m p r o v e m e n t o fA x i a l F l u x S i n g l eＧr o t o r S i n g l eＧs t a t o r I n d u c t i o nM a c h i n e P e r f o r m a n c e b y A p p l y i n g S e m iＧm a g n e t i cW e d g e s[C]//X x i i I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o nE l e c t r i c a lM a c h i n e s．I E E E,２０１６:１７９５－１８００．[１１]D o n a t o G D,C a p p o n iF G,C a r i c c h iF．I n f l u e n c eo f M a g n e t i cW e d g e s o n t h eN oＧl o a dP e r f o r m a n c e o fA x i a lF l u xP e r m a n e n t M a g n e t M a c h i n e s[C]//I E E EI n t e rＧn 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a n e n t M a gＧn e t R o t o ra n dC o r e l e s sS t a t o r W i n d i n g s[J]．I E E E T r a n s．M a g n,２０１１,４７(１０),２７６０－２７６３．[２４]杨成顺,葛㊀乐,杜九江．计及等效电阻的无刷直流电机换相转矩脉动的分析与抑制[J]．电力系统保护与控制,２０１６,４４(２３):１１５－１２４．[２５]林传霖,林㊀珍．永磁电机结构参数对齿槽转矩的影响综述[J]．电气技术,２０１８(２):２－１５．S t u d y o nR e d u c i n g C o g g i n g T o r q u e o fA x i a l F l u xP M W i n dP o w e rG e n e r a t o rK E M e n gＧq i n g,D E N G Q i uＧl i n g,Z H A N G Q u n,X I A N G Q u a nＧs u o,L O N G X i a(C o l l e g e o fE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g a n d I n f o r m a t i o n,H u n a n I n s t i t u t e o fE n g i n e e r i n g,H u n a nP r o v i n c i a lK e y L a b o r a t o r y o fW i n dG e n e r a t o r a n d I t sC o n t r o l,X i a n g t a n４１１１０４,C h i n a)A b s t r a c t:T h e c o g g i n g t o r q u e i s t h em a i ns o u r c eo fm o t o r t o r q u e,w h i c hc a nc a u s ev i b r a t i o na n dn o i s e i n t h em o t o r,a n d t h e o c c u r r e n c e o f t h e s p e e d f l u c t u a t i o n,s o t h a t t h em o t o r c a n n o t r u n s m o o t h l y a n d a f f e c t s t h e p e r f o r m a n c e o f t h em o t o r．I no r d e r t o r e d u c e t h e c o g g i n g t o r q u e o f t h e a x i a lm a g n e t i c f i e l d p e r m a n e n t m a g n e tw i n d t u r b i n e,t h i s p a p e ru s e s t h e t h r e eＧd i m e n s i o n a l f i n i t ee l e m e n tm e t h o d t o f o r mt h e s t a t o r p o l e s h a p e a n d g r o o v e b a s e d o n t h e p r o p o s e d１０k Wd u a lＧr o t o r s i n g l eＧa r c a x i a lm a g n e t i c f i e l dw i n d t u r b i n e e l e cＧt r o m a g n e t i c s c h e m e．T h e i n f l u e n c e o f t h e r e l a t i v e o f f s e t o f t h ew e d g e,t h e i n c l i n e d p o l e a n d t h e t w o r o t o r d i s c s o n t h e c o g g i n g t o r q u e o f t h em o t o r i s s i m u l a t e d．T h e s i m u l a t i o n r e s u l t s s h o wt h a t b y u s i n g m a g n e t i c w e d g ew h i c h i s s l o t t e d,i n c l i n e d p o l e a n ds h i f t i n g t h e p l a c eo f t h e t w or o t o rd i s c s,t h e c o g g i n g t o r q u eo f t h e a x i a lm a g n e t i c f i e l d p e r m a n e n tm a g n e tm o t o r c a nb ew e a k e n e d e f f e c t i v e l y．K e y w o r d s:c o g g i n g t o r q u e;a x i a l f l u x;P M m o t o r;w i n d t u r b i n e s７。

中国永磁电机行业研究报告一、行业概况中国永磁电机行业是指以永磁材料为核心，应用于电机制造行业的一类产业。

永磁电机是利用永磁材料的磁性特性产生磁力以实现电能转换和传动的装置。

永磁电机具有体积小、效率高、能耗低等特点，广泛应用于汽车、机械制造、电力工业等领域。

近年来，随着新能源汽车产业的兴起以及电动化趋势的推动，永磁电机行业得到了迅猛发展。

二、市场规模中国永磁电机行业市场规模庞大，市场需求量持续增长。

根据统计数据显示，2024年中国永磁电机行业市场规模达到500亿元，同比增长15%。

其中，新能源汽车是推动永磁电机市场增长的主要力量。

新能源汽车的普及和发展，使得永磁电机行业得以快速发展，并带动相关产业链的增长。

三、产业链分析永磁电机产业链主要包括永磁材料供应商、永磁电机制造商、永磁电机配套商等环节。

其中，永磁材料供应商是整个产业链的核心。

永磁材料供应商为永磁电机制造商提供关键的材料支持，影响着永磁电机的性能以及成本。

永磁电机制造商则根据市场需求，生产永磁电机产品，并将其应用于各个领域。

与此同时，永磁电机的配套商也发挥着重要作用，提供相关零部件以及技术支持。

四、竞争格局中国永磁电机行业竞争激烈，主要集中在国内一线企业之间。

目前，中国永磁电机市场主要被三家企业所垄断，分别是蓝海华腾、金利科技和湘电股份。

这三家企业通过不断创新和技术进步，占据了行业的主导地位，并拥有较高的市场份额。

此外，国外一些知名企业也在中国永磁电机市场占据一定份额，如日本的东芝、美国的约翰逊电机等。

五、技术发展趋势1.高性能永磁材料的研发应用：随着高新技术的进步，高性能的永磁材料正在被开发和应用，使得永磁电机的性能进一步提高。

2.永磁电机控制技术的创新：永磁电机的控制技术是提升其效率和稳定性的关键，因此在控制技术方面的创新能够进一步提高电机的性能。

3.磁电复合技术的发展：磁电复合技术是永磁电机领域的新兴技术，能够将永磁材料与电学材料有机结合，进一步提高电机的效率和性能。

㊀第５２卷２０１９年㊀第３期３月ＭＩＣＲＯＭＯＴＯＲＳＶｏｌ ５２.Ｎｏ ３Ｍａｒ ２０１９不同槽极数配合的永磁电机噪声特性分析高㊀辉１ꎬ２ꎬ尹红彬３ꎬ王永超１ꎬ２ꎬ顾灿松１ꎬ２ꎬ３ꎬ马芳武３(１.中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司ꎬ天津３００３００ꎻ２.中国汽车技术研究中心有限公司ꎬ天津３００３００ꎻ３.吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室ꎬ长春１３００００)摘㊀要:首先ꎬ利用麦克斯韦张量法推导了电磁力的解析模型ꎬ基于解析模型分析了８极４８槽㊁８极３６槽㊁６极３６槽３种槽极数配合的新能源汽车用永磁电机电磁力的空间阶次和频率特征ꎻ其次ꎬ利用有限元法对定子铁心的模态进行了分析ꎻ同时ꎬ在半消声室内分别对上述３种槽极数配合的永磁电机在额定外特性匀加速工况下进行了噪声测试ꎬ并利用快速傅里叶变换得出了３种电机噪声的频谱图ꎻ最后ꎬ综合电磁力空间阶次㊁频率特征以及定子铁心的模态对测试结果进行了分析ꎮ分析结果揭示了３种槽极数配合对永磁电机噪声水平的影响以及不同槽极数配合电机电磁噪声的抑制方法ꎮ关键词:永磁电机ꎻ噪声ꎻ槽极数配合ꎻ电磁力ꎻ模态中图分类号:ＴＭ３５１㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００１￣６８４８(２０１９)０３￣０００１￣０４ＮｏｉｓｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＭｏｔｏｒｓＷｉｔｈＤｉｆｆｅｒｅｎｔＳｌｏｔ￣ｐｏｌｅＣｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓＧＡＯＨｕｉ１ꎬ２ꎬＹＩＮＨｏｎｇｂｉｎ３ꎬＷＡＮＧＹｏｎｇｃｈａｏ１ꎬ２ꎬＧＵＣａｎｓｏｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬＭＡＦａｎｇｗｕ３(１.ＣＡＴＡＲＣ(Ｔｉａｎｊｉｎ)ＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ ꎬＬｔｄ ꎬＴｉａｎｊｉｎ３００３００ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｈｉｎａＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒＣｏ ꎬＬｔｄ ꎬＴｉａｎｊｉｎ３００３００ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌꎬＪｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈａｎｇｃｈｕｎ１３００００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｆｉｒｓｔｌｙꎬａｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｆｏｒｃｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ.Ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｏｒｄｅｒａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｆｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍｏｔｏｒｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｌｏｔ￣ｐｏｌｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｎꎬｔｈｅｍｏｄｅｓｏｆｓｔａｔｏｒｃｏｒｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ.Ｍｅａｎｗｈｉｌｅꎬｔｈｅｎｏｉｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｒｅｅｍｏｔｏｒｓｏｎｕｎｉｆｏｒｍａｃ￣ｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｒａｔｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄꎬａｎｄｎｏｉｓｅｓｐｅｃｔｒｕｍｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ.Ｆｉｎａｌｌｙꎬｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅｓｐａｔｉａｌｏｒｄｅｒꎬｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｓｔａｔｏｒｃｏｒｅ.Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｒｅｖｅａｌｅｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｏｆｓｌｏｔ￣ｐｏｌｅｃｏｍｂｉｎａ￣ｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｎｏｉｓｅｌｅｖｅｌ.Ｔｈｅｎｏｉｓｅｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｍｏｔｏｒꎻｎｏｉｓｅꎻｓｌｏｔ￣ｐｏｌｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎꎻｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｏｒｃｅꎻｍｏｄｅ收稿日期:２０１８０８１５ꎬ修回日期:２０１８０９２０基金项目:国家自然科学基金(５１７０５１８５)作者简介:高㊀辉(１９８３)ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为动力传动系统振动噪声控制与测评技术ꎮ尹红彬(１９８６)ꎬ男ꎬ博士研究生ꎬ研究方向为电驱动系统振动噪声机理与抑制方法ꎮ王永超(１９９０)ꎬ男ꎬ工程师ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为新能源汽车驱动电机总成振动噪声研究ꎮ０㊀引㊀言在国家新能源汽车政策的大力扶持下ꎬ近年来新能源汽车得到了极大的普及与发展ꎮ永磁同步电机由于结构紧凑㊁功率密度大调速性能好等优点ꎬ在新能源汽车上得到了广泛的应用ꎮ与此同时ꎬ新能源汽车的驾乘感受和永磁同步电机的振动噪声性能受到越来越多的关注[１]ꎮ永磁电机的主要电磁噪声源来自于作用在气隙中的径向电磁力波ꎮ合理的槽极数配合可以减少磁动势谐波和气隙磁密谐波ꎬ是抑制电磁噪声的重要手段[２]ꎮ文献[３]通过麦克斯韦应力张量法推导了理想条件下作用于定子内表面的径向力的频率阶次ꎬ基于有限元法对电机的约束模态进行了分析ꎬ进而５２卷对永磁电机的噪声源进行了预测ꎮ文献[４]分析了不同槽极数配合和绕组层数电机最低径向力波的阶数和来源ꎬ并针对槽数相同极数不同电机的最低阶径向力波的幅值进行了比较ꎬ通过结构有限元分析了不同极槽配合下外转子壳体的振动ꎬ最后总结了不同极槽配合电机最低阶径向力波的阶数ꎬ得出力波阶数小的极槽配合会引起大的振动ꎬ而且对于相同槽数的电机ꎬ极对数大的电机的振动也更大ꎮ文献[５]建立分数槽永磁无刷电机径向振动力的分析模型ꎬ研究了定子开槽㊁磁通密度切向分量㊁径向力的计算半径㊁负载条件对径向电磁力的影响ꎮ文献[６]分析了槽极数配合对外转子轴向磁通电机振动和噪声的影响ꎮ文献[７]推导出不同极槽配合所含径向力波次数及力波频率的表达式ꎬ进而提出能够产生单边磁拉力的条件ꎮ其次ꎬ用３台不同极槽配合的电机进行试验ꎬ得出在不同频率下的电机噪声声压级频谱图ꎬ进而验证了前述结论的正确性ꎮ文献[８]利用相量图说明了空载特性与输出转矩的关系ꎬ分析了极槽配合对空载特性的影响规律ꎮ以分数槽的极槽配合建立了分别采用集中绕组与分布绕组的四种二维模型ꎮ利用有限元计算方法ꎬ得到空载气隙磁密与反电势波形㊁额定条件下的输出转矩情况ꎮ结果证明极槽比为５/６的整数倍时ꎬ电机的空载特性与转矩性能得到了改善ꎬ性价比得到了提高ꎮ文献[９]利用Ａｎｓｏｆｔ软件计算电机的主极磁场ꎬ再通过谐波分析得出各次谐波的幅值ꎬ最后利用分析结果计算电机的电磁噪声ꎮ计算结果与实验值吻合较好ꎬ并总结出不同极槽配合对电机电磁噪声的影响ꎮ本文以三种新能源汽车常用的槽极数配合的永磁电机为研究对象ꎬ从电磁力阶次频率特征分析㊁定子铁心模态分析㊁噪声测试三个方面分析了槽极数配合对永磁电机振动噪声的影响ꎮ１　电磁力的空间阶次和频率特征分析如果不考虑开槽影响ꎬ永磁电机空载径向磁通密度为Ｂｒ＿ｐｍ＝ðɕｎ＝１ꎬ３ꎬ５ꎬ Ｂｒｎｃｏｓ[ｎｐ(θ－ωｒｔ)](１)式中ꎬＢｒｎ为永磁磁场磁通密度径向分量幅值ꎬｐ为极对数ꎬθ为圆周方向角度ꎬωｒ为角速度ꎬｔ为时间ꎮ不考虑电流谐波影响ꎬ电枢反应磁场径向磁通密度为Ｂｒ＿ａｒｍ＝ðɕｍðɕｊＢｒｍｃｏｓ[ｍｐθ－ｓｖｐωｒｔ](２)式中ꎬＢｒｍ为电枢反应磁场磁通密度径向分量幅值ꎬｓｖ为电枢反应磁场旋转方向ꎮ通过引入复杂的相对磁导ꎬ可以得到考虑开槽对磁通密度的影响ꎬ忽略切向分量的影响ꎬ相对磁导为λａ＝λ０＋ðɕｉ＝１λａｉｃｏｓ(ｉＮｓθ)(３)式中ꎬλ０㊁λａｉ为相对磁导谐波分量幅值ꎬＮｓ为槽数ꎮ考虑开槽后的磁通密度径向分量为Ｂｒ＝(Ｂｒ＿ｐｍ＋Ｂｒ＿ａｒｍ)λａ(４)通过式(１)~式(４)对８极４８槽ꎬ８极３６槽ꎬ６极３６槽３种槽极配合永磁驱动电机磁通密度径向分量的谐波特征进行分析ꎬ分析结果如表１~表３所示ꎮ忽略气隙磁场切向分量的影响ꎬ根据麦克斯韦应力张量法可得出径向电磁力表达式为ｐｒʈＢ２ｒ２μ０＝１２μ０(Ｂｒ＿ｐｍ＋Ｂｒ＿ａｒｍ)２λ２ａ＝１４μ０ðｎ１ðｎ２ðｉＢｒ＿ｐｍ１Ｂｒ＿ｐｍ２ｃｏｓ{[(ｎ１ʃｎ２)ｐʃｉＮｓ]θ－(ｎ１ʃｎ２)ｐωｒｔ}＋{ðｎðｍðｉＢｒ＿ｐｍＢｒ＿ａｒｍｃｏｓ{[(ｎʃｍ)ｐʃｉＮｓ]θ－((ｎʃｓｖ)ｐωｒｔ}＋ðｍ１ðｍ２ðｉＢｒ＿ａｒｍ１Ｂｒ＿ａｒｍ２ｃｏｓ{[(ｍ１ʃｍ２)ｐʃｉＮｓ]θ－((ｓｖ１ʃｓｖ２)ｐωｒｔ}}(５)式中ꎬμ０为空气相对磁导率ꎮ根据式(５)可以分析出永磁电机电磁力空间阶次特征和频率特征如表１~表３所示ꎮ表１㊀８极４８槽永磁电机空间阶次㊁频率特征空间阶次特征不考虑定子开槽考虑定子开槽频率特征空载０ꎬ８ꎬ１６ꎬ ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ２４ꎬ３２ꎬ４０ꎬ４８ꎬ带载０ꎬ８ꎬ１６ꎬ ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ２４ꎬ３２ꎬ４０ꎬ４８ꎬ表２㊀８极３６槽永磁电机空间阶次㊁频率特征空间阶次特征不考虑定子开槽考虑定子开槽频率特征空载０ꎬ８ꎬ１６ꎬ０ꎬ４ꎬ８ꎬ１２ꎬ１６ꎬ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ２４ꎬ３２ꎬ４０ꎬ４８ꎬ带载０ꎬ８ꎬ１６ꎬ０ꎬ４ꎬ８ꎬ１２ꎬ１６ꎬ０ꎬ８ꎬ１６ꎬ２４ꎬ３２ꎬ４０ꎬ４８ꎬ ２㊀３期高㊀辉等:不同槽极数配合的永磁电机噪声特性分析表３㊀６极３６槽永磁电机空间阶次、频率特征空间阶次特征不考虑定子开槽考虑定子开槽频率特征空载０ꎬ６ꎬ１２ꎬ ０ꎬ６ꎬ１２ꎬ ０ꎬ６ꎬ１２ꎬ１８ꎬ２４ꎬ３０ꎬ３６ꎬ 带载０ꎬ６ꎬ１２ꎬ０ꎬ６ꎬ１２ꎬ０ꎬ６ꎬ１２ꎬ１８ꎬ２４ꎬ３０ꎬ３６ꎬ㊀㊀对比表１㊁表２㊁表３可知:除０阶外ꎬ８极４８槽的永磁电机电磁力的空间阶次最小阶次为８阶ꎻ由于定子开槽的影响ꎬ８极３６槽永磁电机电磁力空间阶次最小阶次为４阶ꎻ６极３６槽的永磁电机电磁力的空间阶次的最小阶次为６阶ꎮ因为定子振动加速度和电磁力空间阶次的四次方成反比ꎬ所以６极３６槽电机比较容易发生较大的振动ꎬ而８极４８槽电机则不易发生较大振动ꎬ６极３６槽电机在设计过程中需要提高定子固有频率避免与空间阶次为６阶电磁力的电磁力的共振ꎮ２㊀定子系统固有模态分析在不考虑定子壳㊁绕组㊁端盖等因素的情况下ꎬ对定子铁心的模态进行了分析ꎮ定子铁心(０ꎬ４)㊁(１ꎬ４)㊁(０ꎬ６)㊁(１ꎬ６)四个模态的分布如图１所示ꎮ图１㊀定子模态分析从图中可知ꎬ同一径向模态可以跨越较宽的频率分布带ꎮ比如径向４阶模态ꎬ当轴向模态为０阶时ꎬ频率为２０８３Ｈｚꎬ当轴向模态为１时ꎬ频率为２７７３Ｈｚꎮ由于该分析没有考虑定子壳㊁绕组㊁端盖的影响ꎬ相同的模态ꎬ整个电机的模态频率要比图１的分析结果高ꎮ３㊀噪声测试与分析在半消声室内分别对８极４８槽㊁８极３６槽㊁６极３６槽３台样机进行了噪声测试ꎬ试验台架结构及测点布置如图２所示ꎮ由于主要考察分析电机径向电磁力波引起的频率阶次ꎬ因此将噪声测点布置在距离电机壳体表面正上方ꎮ文献[１０]中指出半消声室内截止频率以上频带的吸声系数在９５％以上ꎬ而靠近电机的声波容易产生反射而形成混响声ꎬ因此本次噪声测试测点距离壳体表面为０ ５ｍꎬ测试电机的中场噪声ꎮ测试工况为额定外特性状态电机转速由５００ｒ/ｍｉｎ匀加速至最高试验转速ꎮ通过西门子ＬＭＳ数采前端采集加速工况过程中的噪声时域信号ꎬ并对其进行快速傅里叶变换ꎬ结果如图３~图５所示ꎮ图２㊀试验台架结构及测点布置图３㊀８极４８槽永磁电机噪声频谱图图３为８极４８槽永磁电机的噪声频谱图ꎮ从图中可以看出整个转速㊁频率分布范围内未发现有明显的噪声能量突出点ꎮ从前面径向电磁力空间阶次特征分析可知ꎬ８极４８槽永磁电机径向电磁力空间阶次最小为８阶ꎮ因为电机径向位移与电磁力空间阶次的四次方成反比ꎬ８极４８槽永磁电机振动位移会很小ꎮ同时ꎬ由模态分析可知定子系统的８阶模态的固有频率很高ꎬ因此不易发生共振ꎮ理论分析与测试结果吻合良好ꎮ３５２卷图４㊀８极３６槽永磁电机噪声频谱图８极３６槽永磁电机的噪声频谱如图４所示ꎮ从图中可以看出整个在２４倍频３５００Ｈｚ㊁３２倍频３５００Ｈｚ㊁３２倍频５０００Ｈｚ３个点附近噪声水平较为突出ꎮ这是因为８极３６槽电机存在空间阶次为４阶的电磁力波ꎬ因此振动位移较大ꎬ相应噪声也会比较突出ꎮ以３２倍频噪声为例ꎬ在不考虑定子开槽情况下ꎬ径向气隙磁场基波(ｎ＝１)与７次谐波会产生频率为３２倍频ꎬ空间阶次为３２阶的电磁力波ꎻ如果考虑定子开槽ꎬ径向气隙磁场基波(ｎ＝１)与７次谐波会产生频率为３２倍频ꎬ空间阶次为４阶的电磁力波ꎬ进而产生较为突出的噪声ꎮ因此ꎬ对定子槽参数的优化是解决８极３６槽永磁电机噪声问题的重要手段ꎮ图５㊀６极３６槽永磁电机噪声频谱图图５为６极３６槽永磁电机噪声频谱图ꎮ从图中可以看出在３６倍频４２００Ｈｚ附近有较为明显的噪声出现ꎮ因为６极３６槽电机径向电磁力空间阶次最低为６阶ꎬ介于８阶(８极４８槽)和４阶(８极３６槽)之间ꎬ因此噪声水平也位于两者之间ꎮ对比图３㊁图４和图５可知ꎬ当电磁力空间阶次为４阶时(８极３６槽)ꎬ在３３００Ｈｚ附近开始出现明显噪声ꎻ当电磁力空间阶次为６阶时(６极３６槽)ꎬ在４３００Ｈｚ附近出现较为明显噪声ꎻ当电磁力空间阶次为８阶时(８极４８槽)ꎬ在５５００Ｈｚ附近出现略微明显噪声ꎮ因此ꎬ随着电磁力空间阶次的升高ꎬ噪声出现的频率逐渐升高ꎬ而噪声能量会减低ꎮ４㊀结㊀论(１)对于８极４８槽㊁６极３６槽的整数槽电机ꎬ电磁力空间阶次最小为极数ꎬ分别为８阶和６阶ꎻ对８极３６槽的分数槽电机ꎬ出现了比极数更低的阶次４阶ꎮ(２)由于电机径向位移与电磁力空间阶次的四次方成反比ꎬ８极４８槽和６极３６槽电机的槽极数配合产生的径向力的最小阶次为８阶和６阶ꎬ不会产生明显的噪声问题ꎮ对于这两种电机需要综合考虑定子㊁转子结构优化来降低电机噪声问题ꎮ与８极４８槽㊁６极３６槽电机相比ꎬ８阶３６槽电机由于存在最小的４阶电磁力ꎬ噪声较高ꎮ优化定子槽参数是减小３２倍频噪声的重要手段ꎮ(３)在８极４８槽㊁８极３６槽㊁６极３６槽３款电机中ꎬ随着最小电磁力空间阶次的升高ꎬ突出噪声出现的频率逐渐升高ꎬ而噪声能量会减低ꎮ槽极数配合的合理选择可以显著减低低频的阶次噪声ꎮ参考文献[１]㊀ＭａＦꎬＹｉｎＨꎬＷｅｉＬꎬｅｔａｌ.ＤｅｓｉｇｎａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＩＰＭＭｏｔｏｒＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＦｌｕｘＷｅａｋｅｎｉｎｇＣａｐａｂｉｌｉｔｙａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙꎬ２０１８ꎬ１０(５):１５３３.[２]㊀王巍.多级少槽盘式永磁同步电动机电磁噪声的计算与抑制[Ｄ].沈阳:沈阳工业大学ꎬ２０１０.[３]㊀林福ꎬ左曙光ꎬ吴旭东ꎬ等.基于阶次分析的永磁同步电机噪声源识别[Ｊ].农业工程学报ꎬ２０１６ꎬ３２(１７):６９－７６.[４]㊀左曙光ꎬ林福ꎬ孙庆ꎬ等.极槽配合和绕组层数对永磁同步电机振动的影响分析[Ｊ].振动与冲击ꎬ２０１４ꎬ３３(１３):１３０－１３４.[５]㊀ＺｈｕＺＱꎬＸｉａＺＰꎬＷｕＬＪꎬｅｔａｌ.ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＦｉｎｉｔｅ￣ＥｌｅｍｅｎｔＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｏｆＲａｄｉａｌＶｉｂｒａｔｉｏｎＦｏｒｃｅｉｎＦｒａｃｔｉｏｎａｌ￣ＳｌｏｔＰｅｒｍａｎｅｎｔ￣ＭａｇｎｅｔＢｒｕｓｈｌｅｓｓＭａｃｈｉｎｅｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１０ꎬ４６(５):１９０８－１９１８.[６]㊀ＤｅｎｇＷꎬＺｕｏＳꎬＬｉｎＦꎬｅｔａｌ.ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆＰｏｌｅａｎｄＳｌｏｔＣｏｍｂｉｎａ￣ｔｉｏｎｓｏｎＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＮｏｉｓｅｉｎＥｘｔｅｒｎａｌＲｏｔｏｒＡｘｉａｌＦｌｕｘＩｎ￣ｗｈｅｅｌＭｏｔｏｒｓ[Ｊ].ＩｅｔＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓꎬ２０１７ꎬ１１(４):５８６－５９４.[７]㊀石峰ꎬ陈丽香ꎬ于慎波ꎬ等.不同极槽配合对永磁同步电动机电磁噪声的影响[Ｊ].电气技术ꎬ２０１３ꎬ１４(１):１－１.[８]㊀徐重鹤ꎬ张炳义.不同极槽配合内置永磁电机转矩性能研究[Ｊ].微电机ꎬ２０１７ꎬ５０(４):１－５.[９]㊀宋志环ꎬ韩雪岩ꎬ陈丽香ꎬ等.不同极槽配合永磁同步电动机振动噪声分析[Ｊ].微电机ꎬ２００７ꎬ４０(１２):１１－１４.[１０]陈克安ꎬ曾向阳ꎬ杨有粮ꎬ等.声学测量[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１０.４。

中国永磁电机行业研究报告一、行业概述中国永磁电机行业指的是以永磁材料作为核心组成部分的电机制造行业。

永磁材料具有磁性能稳定、体积小、重量轻、能耗低等优点，被广泛应用于各个领域的电机中，包括工业、交通、家电等。

随着中国经济的不断发展和技术进步，永磁电机行业也得到了快速发展。

二、市场规模永磁电机行业是一个庞大的市场，根据数据显示，中国永磁电机市场规模在近几年持续扩大。

2024年，中国永磁电机市场总销售额达到2000亿元。

其中，家电行业是最主要的应用领域，占据了总销售额的50%以上。

工业和交通行业也是永磁电机的重要应用领域，占据了市场份额的30%和10%左右。

三、市场竞争格局中国永磁电机行业中存在着众多的企业，其中一些大型企业具有较强的实力和技术优势。

市场上主要的竞争企业有南京研究院、沈阳电机公司和上海永磁电机公司等。

这些企业在研发技术和生产能力上都具有很大的优势，产品性能也受到广大客户的认可。

四、发展趋势1.产业升级：随着技术的进步和市场的需求变化，永磁电机行业将加快产业升级步伐。

未来，永磁电机将更加注重环保和节能方面的特性，努力提高产品的性能和效率。

2.技术创新：永磁电机行业将面临新一轮的技术创新浪潮。

目前，永磁电机的研发主要集中在提高永磁材料的性能和制造工艺的改进上。

未来，随着科技的进步，新型永磁材料和制造工艺将进一步推动永磁电机的发展。

3.市场应用：永磁电机的市场应用将逐渐扩大。

不仅在传统的工业和交通领域有着广泛的应用，而且在新兴的领域，如新能源汽车、航空航天和高铁等行业，也将得到广泛的应用。

五、存在的问题与挑战尽管中国永磁电机行业取得了较大的发展，但也面临着一些问题和挑战。

其中最主要的问题是生产成本和能耗的高企，以及对进口永磁材料的依赖度较高。

此外，一些中小型企业在研发和创新能力上仍然相对薄弱，缺乏核心技术优势。

六、发展建议1.加强技术创新能力，提高本土永磁材料的生产水平和质量，减少对进口永磁材料的依赖度。

永磁电机的介绍、分析与应用一、永磁电机的发展及应用永磁电机是由永磁体建立励磁磁场，从而实现机电能量转换的装置，它与电励磁同步电机一样以同步速旋转，亦称永磁同步电机。

永磁同步电机，特别是稀土永磁同步电机与电励磁同步电机相比，具有结构紧凑、体积小、重量轻等特点，且永磁电机的尺寸和结构形式灵活多样，可以拓扑出很多种结构形式。

由于永磁电机取消了电励磁系统，从而提高了电机效率，使得电机结构简化，运行可靠。

永磁电机的发展是与永磁材料的发展密切相关的。

早在1821年法拉第发明世界上第一台电机模型，他就利用了天然永磁磁铁建立磁场，给放在磁场中的导线通以直流电，导线能够绕着永磁磁铁不停旋转，这可以说是永磁电机的雏形。

1831年法拉第在发现电磁感应现象之后不久，利用电磁感应原理发明了世界上第一台真正意义上的电机—法拉第圆盘发电机，其结构是将紫铜圆盘放置在蹄形永磁体的磁场中，圆盘的边缘和圆心处各与一个电刷紧贴，用导线把电刷和电流表连接起来，当转动圆盘中心处固定的摇柄时，电流表的指针偏向一边，电路中产生了持续的电流。

同年夏天，亨利对法拉第的电机模型进行了改进，制成了一个简单的永磁振荡电动机模型。

1832年斯特金发明了换向器，并对亨利的振荡电动机进行了改进，制作了世界上第一台能产生连续运动的旋转电动机。

同年，法国人皮克希发明了一台永磁交流发电机。

以上电机均是采用永久磁铁建立磁场的，由于当时永久磁铁是用磁性能很低的天然磁铁矿石做成的，造成电机体积庞大、性能较差。

1845年英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁，并于1857年发明了自励电励磁发电机，开创了电励磁方式的新纪元。

由于电励磁方式能在电机中产生足够强的磁场，使电机体积小、重量轻、性能优良，在随后的70多年内，电励磁电机理论和技术得到了迅猛发展，而永磁励磁方式在电机中的应用则较少。

20世纪中期，随着铝镍钻和铁氧体永磁材料的出现以及性能的不断提高，各种微型永磁电机不断出现，在工农业生产、日常生活、军事工业中都得到了应用。