提高电机NVH性能的转子结构及其斜级初始角度计算方法与流程

提高电机nvh性能的转子结构及其斜级初始角度计算方法
技术领域
1.本发明涉及新能源电机转子技术领域，具体涉及一种提高电机nvh性能的转子结构及其斜级初始角度计算方法。


背景技术：

2.随着新能源汽车的发展，对电机nvh性能有了更高的要求。常见改善电机总成nvh的方法主要为加强壳体结构、减小壳体件向外辐射噪音以及优化电磁力大小，降低电磁力激励。
3.中国专利cn113241885a公开了一种提高电机nvh性能的接线盒盖板结构及电机接线盒，设计出一种多筋板拓扑结构的接线盒盖板，通过提高盖板面刚度来改善电机壳体的共振噪音。
4.中国专利cn112994383a公开了一种降低电机nvh的方法和新能源汽车电机，从工艺角度出发，通过增加转子铁芯片间的粘接，减小转子铁芯片间的间隙来提高转子铁芯的弯曲刚度，降低转子弯曲共振时产生的噪音。
5.对于电机转子而言，除了频率接近或相同之外，还需要考虑转子的电磁切向力波某阶次与转子某一阶模态振型相近或相同。即当转子的电磁力波某一阶次与转子的模态振型相同，且电磁力波的频率与转子这一阶模态频率接近或相等时，转子即会发生共振，同时因电机转轴上的每叠铁芯产生的切向力矩不同，铁芯之间会产生相对的扭转力波，从而容易激发电机转子的扭转模态，导致明显的转子nvh问题。因此，电磁力波需要从振型上和频率上与电机转子的模态阶次避开。但以上改善方案均没有考虑转子受切向转矩引发的扭转模态共振及从铁芯与转轴传递路径上优化的nvh问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种提高电机nvh性能的转子结构及其斜级初始角度计算方法，使转轴在电机切向电磁力激励下的扭转模态不易被激励起来，从而改善电机nvh性能。
7.为实现上述目的，本发明所设计的提高电机nvh性能的转子结构，包括转轴和套置在所述转轴上的铁芯，所述铁芯与所述转轴之间通过平键连接，所述转轴在所述铁芯的两端分别套置有前隔磁板和后隔磁板，所述后隔磁板通过设在所述转轴上的轴肩约束，所述前隔磁板通过套置在所述转轴上的钢圈压板约束，所述铁芯由若干个叠片堆叠形成，所述叠片斜级的初始角度呈m形分布排列，可有效消除铁芯低阶(第1阶和第2阶)的扭转电磁力波。
8.优选地，所述叠片的数量为2n，所述叠片斜级的初始角度以竖向的中心线对称分布，且第2个所述叠片斜级的初始角度最小，然后依次增大直至第n个所述叠片斜级的初始角度达到最大值，第一个所述叠片斜级的初始角度大于第n-1个所述叠片斜级的初始角度，小于第n个所述叠片斜级的初始角度。
9.优选地，所述叠片的数量为8，电机上定子槽的个数为m个，所述定子槽的角度为360
°
/m，所述叠片斜级的初始角度的平均值为所述定子槽的角度的一半，第二个所述叠片斜级的初始角度比第一个所述叠片斜级的初始角度小二分之一个所述定子槽的角度，第三个所述叠片斜级的初始角度比第二个所述叠片斜级的初始角度大四分之一个所述定子槽的角度，第四个所述叠片斜级的初始角度比第三个所述叠片斜级的初始角度大二分之一个所述定子槽的角度。
10.优选地，所述叠片的数量为8，电机上定子槽的个数为48个，所述定子槽的角度为360
°
/48＝7.5
°
，所述叠片斜级的初始角度的平均值为所述定子槽的角度的一半为3.75
°
，8个所述叠片的斜级的初始角度依次为4.6875
°
、0.9375
°
、2.8125
°
、6.5625
°
、6.5625
°
、2.8125
°
、0.9375
°
和4.6875
°
。
11.优选地，所述铁芯的内圈面与所述转轴之间为间隙配合，所述转轴的外圈喷涂有阻尼层，通过阻尼层可有效耗散所述铁芯传递到转轴的切向力波，另外所述转轴外圈和所述铁芯内圈面之间的相对运动也会降低所述转轴的扭转力波特征。
12.优选地，所述转轴上开有容置所述平键的槽，所述槽与所述平键间隙配合，所述槽内喷涂有阻尼层，可以从能量传递上起到消减定子对转子的切向力波特征。
13.优选地，所述钢圈压板与所述转轴之间过盈配合，所述钢圈压板的内圈喷涂有摩擦层，实现增加与所述转轴配合面的摩擦系数，对所述铁芯进行轴向约束，提高所述铁芯的整体刚度，降低所述铁芯压装后的反弹，抑制轴向窜动。
14.优选地，所述阻尼层的材质为环氧树脂。
15.优选地，所述摩擦层的材质为碳化钨或镍硌合金。
16.优选地，所述叠片的数量为8，电机上定子槽的个数为m个，所述定子槽的角度为360
°
/m，所述叠片斜级的初始角度的平均值为所述定子槽的角度的一半，第二个所述叠片斜级的初始角度比第一个所述叠片斜级的初始角度大二分之一个所述定子槽的角度，第三个所述叠片斜级的初始角度比第二个所述叠片斜级的初始角度大四分之一个所述定子槽的角度，第四个所述叠片斜级的初始角度比第三个所述叠片斜级的初始角度大二分之一个所述定子槽的角度。
17.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
18.1、优化了转子磁极分布改变转子的切向扭转电磁力波振型；
19.2、优化了叠片与转轴的安装方式，优化了叠片的轴向压紧力；
20.3、转轴在电机切向电磁力激励下的扭转模态不易被激励起来，改善了电机nvh性能。
附图说明
21.图1为本发明提高电机nvh性能的转子结构的结构示意图；
22.图2为图1中单个叠片的安装结构示意图；
23.图3为转子发生扭转的原理图；
24.图4为转子发生扭转时的仿真云图；
25.图5为转子m斜级顺序示意图；
26.图6为转子m斜级的转矩谐波示意图；
27.图7为电机近场测试数据对比图。
28.图中各部件标号如下：
29.转轴1、铁芯2、平键3、前隔磁板4、后隔磁板5、轴肩6、钢圈压板7、叠片8、槽9。
具体实施方式
30.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
31.如图1及图2所示，一种提高电机nvh性能的转子结构，包括转轴1和套置在转轴1上的铁芯2，铁芯2与转轴1之间通过平键3连接，转轴1在铁芯2的两端分别套置有前隔磁板4和后隔磁板5，后隔磁板5通过设在转轴1上的轴肩6约束，前隔磁板4通过套置在转轴1上的钢圈压板7约束，铁芯2由若干个叠片8堆叠形成，即包含若干段斜级，多段斜级排列可有效降低电机的齿槽转矩脉动，提升电机nvh性能，因斜级为对称分布，当左侧一半斜级的电磁力分布呈现反向力时，就会产生图3及图4的扭转力，从而激发电机扭转模态，故从电磁角度需要改变图3及图4所示的扭转力特征。因此，使叠片8斜级的初始角度呈m形分布排列。
32.具体地，叠片8的数量为2n，叠片8斜级的初始角度以竖向的中心线对称分布，且第2个叠片8斜级的初始角度最小，然后依次增大直至第n个叠片8斜级的初始角度达到最大值，第一个叠片8斜级的初始角度大于第n-1个叠片8斜级的初始角度，小于第n个叠片8斜级的初始角度。
33.例如，叠片8的数量为8，电机上定子槽的个数为m个，定子槽的角度为360
°
/m，叠片8斜级的初始角度的平均值为定子槽的角度的一半，第二个叠片8斜级的初始角度比第一个叠片8斜级的初始角度小二分之一个定子槽的角度，第三个叠片8斜级的初始角度比第二个叠片8斜级的初始角度大四分之一个定子槽的角度，第四个叠片8斜级的初始角度比第三个叠片8斜级的初始角度大二分之一个定子槽的角度。
34.本实施例以8级48槽新能源电机转子为例，电机上定子槽的个数为48个，斜级的初始角度的计算方法如下：叠片8的数量为8，电机上定子槽的个数为48个，设定子槽的角度x为360
°
/48＝7.5
°
，第一个叠片8斜级的初始角度为a，设第二个叠片8斜级的初始角度为b，设第三个叠片8斜级的初始角度为c，设第四个叠片8斜级的初始角度为d，由于叠片8斜级的初始角度的平均值为定子槽的角度x的一半，第二个叠片8斜级的初始角度b比第一个叠片8斜级的初始角度a小二分之一个定子槽的角度，第三个叠片8斜级的初始角度c比第二个叠片8斜级的初始角度b大四分之一个定子槽的角度，第四个叠片8斜级的初始角度d比第三个叠片8斜级的初始角度c大二分之一个定子槽的角度，即：
35.a+b+c+d＝x/2*4
36.b＝a-x/2
37.c＝b+x/4
38.d＝c+x/2
39.叠片8斜级的初始角度如图5所示，计算取得8个叠片8的斜级的初始角度依次为4.6875
°
、0.9375
°
、2.8125
°
、6.5625
°
、6.5625
°
、2.8125
°
、0.9375
°
和4.6875
°
，通过仿真分析得到转子每段的48阶转矩谐波见下表：
[0040][0041]
从而可以得到每段斜级的受力分布示例如图6所示，第1段斜级seg1和第2段斜级seg2呈现扭转力型，第3段斜级seg3和第4段斜级seg4呈现扭转力型，因8段斜级为对称结构，可以看出图6所示转子共呈现为4阶扭转力型，可有效降低多段斜级的转轴低阶扭转共振问题，同时，通过仿真确认该分部对电机效率无影响。
[0042]
另外，在本实施例中，铁芯2的内圈面与转轴1之间为间隙配合，转轴1的外圈喷涂有阻尼层，阻尼层的材质为环氧树脂，通过阻尼层可有效耗散铁芯2传递到转轴1的切向力波，另外转轴1外圈和铁芯2内圈面之间的相对运动也会降低转轴1的扭转力波特征，转轴1上开有容置平键3的槽9，槽9与平键3间隙配合，槽9内喷涂有阻尼层，可以从能量传递上起到消减定子对转子的切向力波特征，钢圈压板7与转轴1之间过盈配合，钢圈压板7的内圈喷涂有摩擦层，摩擦层的材质可以为碳化钨或镍硌合金，实现增加与转轴1配合面的摩擦系数，对铁芯2进行轴向约束，提高铁芯2的整体刚度，降低铁芯2压装后的反弹，抑制轴向窜动。
[0043]
将本实施例的新转子与现有技术中的原转子安装在同一电驱总成上，测试电机近场0.1m的噪音，对比nvh改善效果，测试数据见图7，由测试数据可以知，本发明专利中涉及的新转子结构，可以有效改善nvh性能，特别是降低转子低阶扭转共振引起的nvh问题，现有技术中的原转子在48阶@3600rpm有明显共振峰值)。
[0044]
相对v型斜级结构，该m型分布可有效降低电机的切向扭转力波，同时改变切向力波的阶次振型，使得转子的扭转振型与切向力波振型不同步，从而降低转轴发生低阶扭转共振的风险及由此带来的转子偏心等问题。
[0045]
本发明提高电机nvh性能的转子结构及其斜级初始角度计算方法，优化了转子磁极分布改变转子的切向扭转电磁力波振型；优化了叠片9与转轴1的安装方式，优化了叠片8的轴向压紧力；转轴1在电机切向电磁力激励下的扭转模态不易被激励起来，改善了电机nvh性能。
[0046]
在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。
[0047]
用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在上述描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。
[0048]
最后，应当指出，以上内容是结合具体实施方式对发明所做的进一步详细说明，不能认为本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来
说，在不脱离本发明构思的前提下，所做出的简单替换，都应当视为属于本本发明的保护范围。以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。