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车用电机的有限元模态分析

文章编号:0258-8013 (2010) 00-0000-00 中图分类号:TM 343 文献标志码:A 学科分类号:470·40

车用电机的有限元模态分析

代颖1,崔淑梅2,宋立伟2

(1.上海大学机电工程与自动化学院,上海市宝山区 200072;

2.哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院,黑龙江省哈尔滨市 150001)

Finite Element Method Modal Analysis of driving motor for Elecrtric vehicle

DAI Ying1, CUI Shumei2, SONG Liwei2

(1. School of Mechatronics and Automation, Shanghai University, Baoshan District, Shanghai 200072, China;

2. School of Electrical Engineering and Automation, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, Heilongjiang Province, China)

ABSTRACT: Modal analysis is a technology for vibration characteristic research. It is the foundation for the structural dynamics analysis. Natural frequency is a very important performance in structural dynamics analysis. Modal characteristic of the electric vehicle (EV) driving motor was investigated by finite element method (FEM). FEM models for modal analysis were built for the stator winding, shell, end shield, rotor and shaft by appropriate structure simplification. The influences on natural frequencies of the motor were analyzed. Natural frequencies and mode shapes were simulated by FEM. The accuracy of the FEM analysis is validated by the modal analysis experiment of hammering method and the no-load noise spectrum analysis.

KEY WORDS:electric vehicle (EV); driving motor; modal; frequency spectrum analysis

摘要:模态分析是一种确定结构振动特性的技术,是结构运

动学的分析基础,固有频率是结构动力学特性分析中的重要

指标。采用有限元法对电动汽车驱动用电机进行模态分析,通过对电机结构进行适当假设和等效,建立电机结构定子绕组、机壳、端盖以及转子和轴的模态有限元仿真模型,分析

各结构部件对电机固有频率的影响。通过有限元仿真得到电

机结构径向各阶模态的固有频率和模态振型,并通过锤击法

模态实验和电机空载噪声频谱验证了有限元分析的准确性。

关键词:电动汽车;驱动电机;模态;频谱分析

0 引言

振动噪声是导致电机疲劳、缩短电机寿命的主要因素,是衡量电机设计好坏的重要技术指标。在能源以及环境污染问题日趋严峻的形势下,电动汽

车的研发引起了世界各国的高度关注。为提高电动

汽车的市场竞争力,抢占环保产业的发展先机,电

动汽车驱动用电机在设计上采取高密度、宽调速、

轻量化和低成本的设计方案,导致电机结构复杂、

轻薄、刚度难以提高,电磁噪声的抑制难度较大[1-3]。

作用于电机定子结构上的各次径向电磁力波

和定子结构的各阶径向模态是决定电磁振动和电

磁噪声的2个关键因素[4]。为有效抑制电磁振动和

车用电机的有限元模态分析

有限元法(finite element method,FEM)能够兼

顾结构的不规则性,计算精度较高[7],本文采用有

限元法对一台调速范围内存在较大电磁噪声的电

动汽车驱动用异步电机进行有限元模态分析,样机

的技术指标如表1所示。

表1 解放牌混合动力主驱动异步电机技术指标

Tab. 1 Qualifications of the induction motor for

electric vehicle drives

参数数值

相数/极数 3/4 额定功率/峰值功率/kW 40/80 定子/转子槽数 36/34

额定电压/V 220 额定转速/峰值转速/(r/min) 3600/6000

冷却方式定子水冷

1 电动汽车驱动用电机的有限元模态分析

1.1 电机结构固有模态的有限元模型

本文依次建立样机定子铁心、铁心与绕组、定

基金项目:国家863高技术基金项目(2005AA501530)。

The National High Technology Research and Development of China 863 Program (2005AA501530).