通常将铅酸或锂电池作为新能源汽车驱动电源,受到电池容量的影响,若要增加新能源汽车的续航能力,则需配备节能、高效的电动机调速系统。开关磁阻电动机(switched reluctance motor, SRM)为目前发展较为迅速且高效的一类新型调速电动机。
SRM驱动系统具有功率密度高的特点:①减小了电动机的重量及体积,进而节省新能源汽车的有效空间;②SRM可控参数多,具有优异的调速特性,尤其适用于频繁起停场合;③SRM能在较宽功率区间及转速范围内持续高效运行,能有效提高新能源汽车的续航行驶里程。
但SRM电磁转矩脉动大,在特定频率下会产生谐振现象,使得SRM振动及噪声问题较为突出,因此如何降低及控制SRM的振动和噪声是目前SRM设计过程当中的重要环节。
电动机的电磁振动噪声一方面与气隙磁场中电磁力波频率及幅值有关,另一方面还与电动机自身固有频率有关。电动机电磁振动噪声是因为径向电磁力波频率与电动机固有频率相接近,从而引发共振现象。为了降低电动机振动及噪声应使这两者频率错开以防发生共振,因此研究电动机的固有频率特性对减弱电磁振动与噪声具有十分重要的意义。
文献[11]提出在转子齿部位置开孔以改变磁力线的走向,从而有效控制了电动机的振动问题。文献[12]采用电流整流器(CSR)作为输入级的两极功率变换器,降低了SRM的振动。文献[13]通过对不同定子结构优化设计得到了电动机其固有频率,同时将这一结果和瞬态场下的计算结果进行了对比。文献[14]采取对转子齿部位置开槽的方法控制了电动机的径向力波。
本文以一台三相12/8极SRM为对象,首先利用有限元方法对其进行了固有频率计算;为提高电动机的固有频率,降低SRM因振动产生的噪声。考虑在原有定子铁心的基础上对其结构进行改进,定子外圆环外接正12边行,对比分析了两种定子铁心结构其固有频率分布。
图4 改进后的铁心结构
图5 改进后定子铁心及有限元模型
改进后定子结构的SRM样机前六阶振型位移结果如图6所示,其中位移量均以毫米为单位。
图6 改进后定子铁心前六阶振型位移云图