(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210776258.5 (22)申请日 2022.07.04 (71)申请人 南京埃斯顿自动化股份有限公司 地址 211100 江苏省南京市江宁区吉印大 道1888号 （江宁开发区） 申请人 江苏大学 (72)发明人 徐高红　贾泽鑫　陈前　钱巍　 赵文祥　刘国海　桑志民　 (74)专利代理 机构 南京华恒专利代理事务所 (普通合伙) 32335 专利代理师 高春涛 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 119/10(2020.01) (54)发明名称 一种转矩脉动和振动噪声耦合时空谐波鉴 别与抑制方法 (57)摘要 本发明公开了一种转矩脉动和振动噪声耦 合时空谐波鉴别 与抑制方法， 涉及永磁电机气隙 磁场谐波分析与优化领域， 包括： 使用气隙网格 均布的精密有 限元模型获取气 隙中时空二维的 电磁力和磁密波形； 气隙电磁力和磁密时空谐波 的获取与物理特性识别； 确定最为关键的电磁力 时空谐波； 将时空谐波视作随时空旋转的矢量， 基于同阶次矢量构成的图形时空不变性鉴别耦 合时空谐波； 在不破坏磁场周 期性的前提下， 抑 制关键的耦合时空谐波； 通过多场耦合法验证优 化后模型的转矩脉动和振动噪声。 本发明首次提 出永磁电机转矩脉动与振动噪声的耦合时空谐 波的鉴别方法， 通过抑制关键的耦合时空谐波， 可以达到同时降低永磁电机转矩脉动与振动噪 声的效果。 权利要求书3页 说明书9页 附图5页 CN 114997025 A 2022.09.02 CN 114997025 A 1.一种转矩脉动和振动噪声耦合时空谐波鉴别与抑制方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤1， 使用气隙网格均布的有限元法获取气隙中时空二维的电磁力和磁密波形； 步骤2， 气隙电磁力和磁密时空谐波的获取与磁密时空谐波的物理特性识别； 步骤3， 根据转矩脉动与振动噪声形成机理， 确定最 为关键的电磁力时空谐波； 步骤4， 将时空谐波视作随时空旋转的矢量， 基于同阶次矢量构成的图形时空不变性， 研究电磁力的磁密构成并鉴别耦合时空谐波； 步骤5， 在不破坏磁场周期性的前提下， 抑制关键的耦合时空谐波； 步骤6， 通过多场耦合法验证优化后模型的转矩脉动和振动噪声。 2.根据权利要求1所述的一种转矩脉动和振动噪声耦合时空谐波鉴别与抑制方法， 其 特征在于， 所述步骤1 中要求气隙中网格和节点沿周向均匀分布， 且对网格划分的数量有限 制， 为准确获取时间阶数为M −1、 空间阶数为N −1的谐波， 时间步数应不少于2M， 气隙网格沿 周向划分数量应不少于2N， 且M和N均为2的指数 幂。 3.根据权利要求1所述的一种转矩脉动和振动噪声耦合时空谐波鉴别与抑制方法， 其 特征在于， 所述步骤2中的磁密时空谐波的物理特性识别过程为： 根据磁密的二维谐波展开 公式获得： 其中，Br（θ， t） 和Bt（θ， t） 分别表示径向磁密和切向磁密， θ表示空间变量， t表示时间变 量，Br𝛼,±f 和φr𝛼,±f分别是空间阶次为 𝛼、 时间阶次为 ±f的Br谐波的幅值和相位， Bt𝛽,±𝜆和 φt𝛽,±𝜆分别是空间阶次为 𝛽、 时间阶次为 ±𝜆的Bt谐波的幅值和相位， p为极对数， ωr为旋 转角速度， 𝛼、f、𝛽和𝜆均为自然数， 表示时间或空间上的周期数； 时间阶次前的 “±”表示 时空波的旋转方向， “+”表示顺时针旋转， “−”表示逆时针旋转。 4.根据权利要求1所述的一种转矩脉动和振动噪声耦合时空谐波鉴别与抑制方法， 其 特征在于， 所述 步骤3中的转矩脉动形成机理， 根据下述公式获取： 其中，T表示输出转矩， L表示有效轴向长度， R表示气隙半径， Ftk,±j和𝜑tk,±j分别表示气 隙中空间阶次为 k、 时间阶次为 ±j的切向电磁力谐波的幅值和相位， 当 k≠0时，积分项结果 为0， 即不贡献平均转矩 也不贡献转矩脉动； 当 k=0且j=0时， 积分项 结果不为0且不含时间变 量， 即贡献平均转矩， 而不贡献转矩脉动； 当 k=0且j≠0时， 积分项结果含有时间变量但均值 为0， 即不贡献平均转矩， 但 贡献转矩脉动， θ表示空间变量， t表示时间变量， p为极对数， ωr 为旋转角速度。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114997025 A 25.根据权利要求1所述的一种转矩脉动和振动噪声耦合时空谐波鉴别与抑制方法， 其 特征在于： 所述 步骤3中的振动噪声形成机理， 根据公式获取： 其中，m表示径向力的阶次， 、 和 分别是0阶径向力、 1阶径向力和 m阶径向力， 、 和 是分别是受 、 和 作用下定子变形的幅值， E为定子的杨氏模量， ri和N分别为定子轭平均半径和定子内半径， h为定子轭的径向厚度， l为轴向厚度， d为转轴 直径，Lb为轴承距离， 除特殊的0阶和1阶电磁振动外， 定子振动水平与电磁力的振幅成正 比， 与电磁力阶次的四次方成反比， 即低空间阶电磁力在永磁同步电机振动噪声的产生中 起主导作用； 另外， 贡献电磁振动的二维电磁力谐波时间阶次特征为， 其频率越接近固有频 率， 振动响应也会 越大。 6.根据权利要求1所述的一种转矩脉动和振动噪声耦合时空谐波鉴别与抑制方法， 其 特征在于： 所述步骤3中的关键的电磁力时空谐波， 由于开槽定子的调制效应， 气隙中的高 阶电磁力会被定 子齿调制为低阶， 其阶次等效关系可根据下式： 其中，istator和iair分别是定子齿调制后的电磁力阶次和气隙中未被定子齿调制的电磁 力阶次，n为一个正整数， Qs为定子的槽数。 7.根据权利要求1所述的一种转矩脉动和振动噪声耦合时空谐波鉴别与抑制方法， 其 特征在于： 所述 步骤4中的耦合时空谐波根据下述公式进行鉴别：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114997025 A 3