本發(fā)明涉及一種外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)關(guān)鍵電磁力諧波提取方法及系統(tǒng)，屬于外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)多諧波優(yōu)化。

背景技術(shù)：

1、目前，外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)由于直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載、扭矩密度大和結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于兩輪電動(dòng)輪轂電機(jī)、旋翼垂直起降飛行器和機(jī)器人關(guān)節(jié)模組等多個(gè)工業(yè)場(chǎng)合中。但是，外轉(zhuǎn)子電機(jī)在運(yùn)行時(shí)通常伴隨著高頻嘯叫，直接影響用戶側(cè)使用體驗(yàn)，低電磁振動(dòng)和噪聲性能設(shè)計(jì)已是外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)的核心性能指標(biāo)之一。

2、現(xiàn)有技術(shù)的電磁力波主要以內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)為主，采用二維或者三維傅里葉分解分析方法或者模態(tài)振型分析方法，分析內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)徑向電磁力波的時(shí)間/空間的諧波特征，進(jìn)而根據(jù)該諧波特征確定電磁力波的主要諧波分量，優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)降低電磁噪聲。如公開號(hào)為cn?115996006中基于三維傅里葉分解的提出一種電磁力波分析方法，確定電機(jī)電磁力的時(shí)間、空間軸向和空間切向三維諧波特征；公開號(hào)為cn?115994445提出一種模態(tài)特征分析方法，通過對(duì)各模態(tài)振型空間徑向和軸向多個(gè)自由度的二維模態(tài)振型數(shù)據(jù)的傅里葉分解，將模態(tài)位移由空間域換算到“波數(shù)域”，并通過幅值和波數(shù)用于分析電磁力激發(fā)的內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)振動(dòng)噪聲。公開號(hào)為cn113468786中提出一種定子集中力方法，通過定子齒面區(qū)域積分預(yù)算分別計(jì)算得到每個(gè)齒面的集中力。公開號(hào)為cn117875128中提出一種永磁同步電機(jī)定子網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)電磁力獲取方法，通過讀取定子網(wǎng)格文件，獲取定子網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)在各轉(zhuǎn)速點(diǎn)的時(shí)域電磁力。

3、然而，對(duì)于外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步電機(jī)，目前主流方案為表貼式永磁體轉(zhuǎn)子拓?fù)?，由于永磁體的磁導(dǎo)率和電機(jī)氣隙相似，切向電磁力幅值較大，也可產(chǎn)生較大的徑向電磁振動(dòng)；此外，不同電磁力波產(chǎn)生的振動(dòng)幅值和相位并不相同，同一個(gè)頻率的振動(dòng)加速度可以由多個(gè)電磁力波同時(shí)激勵(lì)產(chǎn)生?，F(xiàn)有的電磁力波分解方法主要以徑向電磁力波為主，無(wú)法提取各階電磁力所產(chǎn)生振動(dòng)之間的振動(dòng)加速度之間的關(guān)系，因此，需要結(jié)合外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)振動(dòng)加速度的產(chǎn)生機(jī)理，提出一種新的外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)關(guān)鍵電磁力諧波提取方法，為外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)的振動(dòng)和噪聲抑制提供電磁力諧波優(yōu)化目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)關(guān)鍵電磁力諧波提取方法，為外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)的低振動(dòng)噪聲設(shè)計(jì)提供電磁力諧波優(yōu)化目標(biāo)，以進(jìn)一步抑制外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)關(guān)鍵電磁力波諧波提取方法，包括以下步驟：

3、步驟s1，計(jì)算外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)的永磁體內(nèi)表面的電磁力密度，所述電磁力密度數(shù)據(jù)至少包括多個(gè)永磁體內(nèi)表面徑向、周向、軸向三個(gè)自由度的電磁力密度數(shù)據(jù)；

4、步驟s2，根據(jù)獲取的電磁力密度數(shù)據(jù)，分別對(duì)徑向、切向電磁力進(jìn)行二維傅里葉分解，得到徑向電磁力密度對(duì)應(yīng)的空間階次εrp,、時(shí)間階次ξrp、幅值fεrpξrp和相位φεrpξrp；及

5、切向電磁力密度對(duì)應(yīng)的空間階次εtp、時(shí)間階次ξtp、幅值fεtpξtp和相位φεtpξtp；

6、步驟s3，計(jì)算永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的各階模態(tài)振型和頻率，并獲取永磁體內(nèi)表面的模態(tài)振型數(shù)據(jù)，每階模態(tài)振型數(shù)據(jù)至少包括多個(gè)永磁體內(nèi)表面徑向、周向、軸向三個(gè)自由度各自的模態(tài)振型值；

7、步驟s4，根據(jù)獲取的各階模態(tài)的振型數(shù)據(jù)，分別對(duì)各個(gè)軸向位置上的徑向、切向模態(tài)振型做一維傅里葉分解，得到每個(gè)軸向位置z上徑向模態(tài)振型σr次諧波對(duì)應(yīng)的幅值φhzσr和相位φhzσr，及切向模態(tài)振型σt次諧波對(duì)應(yīng)的幅值φhzσt和相位φhzσt；

8、步驟s5，根據(jù)獲取的第h階模態(tài)振型數(shù)據(jù)中響應(yīng)位置處的坐標(biāo)值，獲取響應(yīng)點(diǎn)處各階模態(tài)振型值；

9、步驟s6，根據(jù)步驟2中得到的徑向電磁力密度的空間階次εrp和步驟4中得到的模態(tài)振型徑向分量空間階次σr，只保留徑向電磁力密度的空間階次εrp與模態(tài)振型徑向分量空間階次σr相等的徑向電磁力諧波；

10、同理，根據(jù)步驟2中得到的切向電磁力密度的空間階次εtp和步驟4中得到的模態(tài)振型切向分量空間階次σt，只保留切向電磁力密度的空間階次εtp和模態(tài)振型切向分量空間階次σt相等的徑向電磁力諧波；

11、步驟s7，根據(jù)步驟2中徑向電磁力密度諧波幅值fεrpξrp和相位φεrpξrp，各個(gè)軸向位置徑向模態(tài)振型的諧波幅值φhzσr和相位φhzσr，計(jì)算各階模態(tài)的徑向分量對(duì)應(yīng)的模態(tài)廣義力fhrεrpξrp；

12、根據(jù)步驟2中切向電磁力密度諧波幅值fεtpξtp和相位φεtpξtp，各個(gè)軸向位置切向模態(tài)振型的諧波幅值φhzσt和相位φhzσt，計(jì)算各階模態(tài)的切向分量對(duì)應(yīng)的模態(tài)廣義力fhtεtpξtp；

13、步驟s8，根據(jù)各階模態(tài)的徑向電磁力對(duì)應(yīng)的模態(tài)廣義力fhrεrpξrp、響應(yīng)點(diǎn)處模態(tài)振型值?rh、電磁力的角頻率ω、h階模態(tài)頻率ωh和阻尼ζh，計(jì)算響應(yīng)點(diǎn)處的由(εrp,ξrp)階徑向電磁力諧波產(chǎn)生的復(fù)數(shù)域振動(dòng)加速度；同理，計(jì)算由(εtp,ξtp)階切向電磁力諧波產(chǎn)生的振動(dòng)加速度；

14、步驟s9，根據(jù)各階電磁力諧波產(chǎn)生的振動(dòng)加速度幅值提取關(guān)鍵諧波，振動(dòng)加速度幅值較大的電磁力諧波即為關(guān)鍵諧波。

15、前述的一種外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)關(guān)鍵電磁力波諧波提取方法，在步驟1中，利用電磁有限元軟件計(jì)算外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)的永磁體內(nèi)表面的電磁力密度。

16、前述的一種外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)關(guān)鍵電磁力波諧波提取方法，在步驟3中，利用結(jié)構(gòu)有限元軟件計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子的各階模態(tài)振型和頻率。

17、前述的一種外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)關(guān)鍵電磁力波諧波提取方法，在步驟s7中，按照下面公式計(jì)算各階模態(tài)的徑向分量對(duì)應(yīng)的模態(tài)廣義力fhrεrpξrp；

18、

19、其中，rpm為永磁體內(nèi)表面的半徑，l為電機(jī)疊高長(zhǎng)度，ω為電磁力的角頻率，ωr為機(jī)械角頻率，t為時(shí)間，z為軸向位置坐標(biāo)。

20、前述的一種外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)關(guān)鍵電磁力波諧波提取方法，在步驟s7中，按照下面公式計(jì)算各階模態(tài)的切向分量對(duì)應(yīng)的模態(tài)廣義力fhtεtpξtp；

21、?。

22、前述的一種外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)關(guān)鍵電磁力波諧波提取方法，在步驟s8中，利用下式計(jì)算響應(yīng)點(diǎn)處的由(εrp,ξrp)階徑向電磁力諧波產(chǎn)生的復(fù)數(shù)域振動(dòng)加速度，

23、

24、其中，n為電機(jī)最高模態(tài)階次，i為虛數(shù)單位，將復(fù)數(shù)域振動(dòng)加速度投影到實(shí)數(shù)坐標(biāo)軸，即為實(shí)際的振動(dòng)加速度幅值

25、

26、其中，real為取實(shí)部函數(shù)。

27、前述的一種外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)關(guān)鍵電磁力波諧波提取方法，在步驟s8中，按下式計(jì)算由(εtp,ξtp)階切向電磁力諧波產(chǎn)生的振動(dòng)加速度；

28、

29、?。

30、一種計(jì)算機(jī)裝置/設(shè)備/系統(tǒng)，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

31、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序/指令，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

32、一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，該計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

33、發(fā)明達(dá)到的有益效果：本發(fā)明的方法通過計(jì)算外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)中徑/切向電磁力中各諧波產(chǎn)生的徑向振動(dòng)加速度，進(jìn)一步定量評(píng)估徑向和切向電磁力密度對(duì)徑向電磁振動(dòng)的加速度幅值，且可解析各電磁力波所產(chǎn)生的徑向電磁振動(dòng)加速度之間的相位關(guān)系，從而提取徑向和切向電磁力諧波中的關(guān)鍵諧波。本發(fā)明所提取的關(guān)鍵諧波能夠?yàn)闄C(jī)器人關(guān)節(jié)模組、輪轂電機(jī)和旋翼等工業(yè)領(lǐng)域外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)永磁同步電機(jī)提供電磁力諧波優(yōu)化目標(biāo)，以抑制外轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)的電磁振動(dòng)和噪聲。