磁密諧波
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磁密諧波的視頻教程
基于JMAG的優化目標設置和普銳斯2004電機效率圖優化分析【微信公眾號：艾迪捷】
本培訓將給大家介紹如何設置優化目標，包括轉矩平均值、脈動值、齒槽轉矩峰峰值、電磁力、氣隙磁密基波值、氣隙磁密諧波畸變率THD、線感應電動勢諧波畸變率THD、效率圖中最大轉矩、效率圖中最高轉速、退磁前后轉矩降低比、退磁面積、加權退磁率、加權退磁率均值、電機成本、效率、輸出功率、體積功率密度、質量功率密度等，同時將以普銳斯2004電機為分析對象，介紹如何通過效率圖優化實現NEDC綜合效率、峰值轉矩、成本
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磁密諧波的實例教程
所以你可以這么理解，階次線是空間某一點的噪聲時間諧波，換一個空間位置，階次線尤其噪聲幅值會發生一定變化，這也是噪聲評估不足的地方，測量中存在很大的隨機性。
下面講講階數和階次，階數描述波形空間模態，階次描述波形時間模態。對于正弦波來說就是類似于空間頻率，時間頻率的概念。
磁密諧波，其實這個概念在我之前的文章中也講過，磁密諧波主要分為定子繞組諧波，轉子諧波，齒諧波等等。諧波以奇數次分布（N，S極結構對稱分布）。磁密諧波主要的來源：磁勢諧波，磁導諧波（空間磁阻變化），轉子轉動引入的頻率變化。因為電磁設計更多面向的是電機切面，以及定子齒諧波，所以很多時候說的都是以空間分布上的諧波
電磁力波，電磁力波是兩個磁密諧波的相互作用，兩個奇數相加或者相減都是偶數，這也就我們常說的2 4 6 8倍頻概念的來源。電磁力波是電磁噪聲的主要力源，既要分析空間分布（因為不同空間分布下的模態剛度不一樣），又要考慮時間參數（因為不同聲音頻率或者是不同階次在最后聲譜中體現不一樣）。在這個時候，最好使用階數、階次兩個概念來體現一個力波概念的完整性。
電磁噪聲，電磁力波作用于某結構體后發出的聲波，主要在空間中某一點采集錄制的聲波，是電磁力波中的時間參數的具體體現，而電磁力波的空間參數體現位在相同半徑下采集的聲音幅值、相位具有比較大的差異。
來源：EV電機事業
展開 電機電磁噪聲產生的原因大多如下所述：氣隙中存在各次諧波磁場，它們除產生切向力矩外，還會相互作用產生徑向電磁拉力，這種徑向力是一種行波，特稱之為徑向電磁力密度諧波或者徑向電磁力波，電磁力波作用于定子鐵心，導致定子鐵心徑向振動，定子徑向振動引起周圍空氣振動，從而產生電磁噪聲。
當電磁力波的階次低、幅值高，定子或者定子鐵心中存在該電磁力波相同階次和頻率接近的固有模態，該電磁力波會引起定子或者定子鐵心共振，從而導致高的電磁噪聲。
解決電磁噪聲問題，首先要準確分析和計算電磁力波。通過修改電機結構參數，削弱或者消除引起電磁噪聲的電磁力波是設計低噪聲電機最有效的方法。
iEmSim中“電磁穩態(網絡路法)”可以快速計算電磁力及其諧波，電磁力顯示形式包括：空間圖、時空圖、頻域圖、曲線圖、云圖、柱狀圖、數據表格、理論解析式說明表單、結論表單、動畫等。
氣隙徑向磁力以圖形展現如圖1至圖8所示。
氣隙徑向力波以文表形式展現如圖9、圖10和圖11所示。圖9和圖10中一行數據代表一個氣隙磁力密度諧波，圖9中每個氣隙徑向力波均包含：階次、頻率、幅值、相角、轉向。圖10顯示的是每個徑向力波的階次解析式和頻率解析式。圖11顯示的每行數據代表氣隙徑向磁力密度諧波與氣隙徑向磁密諧波對的對應關系，B(n)代表磁密諧波，n為該磁密諧波在磁密諧波數據表格中的序號。通過如圖9、圖10和圖11所示的數據可以查找分析出電磁力波產生所對應的結構參數和運行工況條件，修改結構參數，比如定子槽數、轉子槽數等，可以削弱或者消除某些電磁力波。
iEmSim幫助文檔中對電機電磁振動噪聲分析基本準則有詳細總結和闡述。
展開 圖2 不考慮磁導的定子激磁磁密波形和諧波分析
2.1.2 考慮磁導影響的磁密波形
由于定子的開槽和轉子的削弧設計，導致在氣隙磁場中的磁密諧波引入和磁導因素影響，其對轉子勵磁和定子激磁的影響如圖3和圖4所示。
圖3 考慮磁導的轉子勵磁磁密波形和諧波分析
圖4 考慮磁導的定子激磁磁密波形和諧波分析
由圖3可知，在考慮磁導后，轉子磁鐵激發出的氣隙磁密波形中諧波成分與不考慮磁導時不同，增加了偶次諧波，且部分奇次諧波含量被降低。
由圖4可知，在考慮磁導后，定子繞組激勵出的氣隙磁密波形中諧波成分與不考慮磁導時較為接近，3的倍數次諧波幾乎近似于無。
由上述所知，理論解析推導的定轉子激勵諧波次數為不考慮磁導的情形，即不考慮定子開槽和轉子的削弧，這與實際情況不符。
展開 以異步電機為例，如階次分析圖顯示，振動或噪聲線的頻率是f=fs(Zr/p+2)，Zr前面對應的系數為 1，那么對應的矩陣為轉子磁導系數，相似的 r=2Zs-4p，說明諧波電磁力的波數2倍于定子槽磁導的矩陣秩。磁導的分析對于優化槽開口和斜極降噪分析非常重要。
階次分析
MANATEE能夠對噪聲瀑布圖進行直接的階數分解，可直接分解為某階電磁力產生的噪聲強度，評估不同階電磁力對噪聲的貢獻度，如下圖所示：
噪聲瀑布圖的電磁力階次分解
磁密諧波對噪聲貢獻的識別
MANATEE能夠定位識別影響電磁力的定轉子磁導和磁動勢諧波，進而為電機電磁力、電磁噪聲的優化設計提供依據。
展開 然而考慮到電磁力與磁密的平方關系，高階次氣隙磁密能夠激起低階次的電磁力，如48槽8極永磁同步電機，由于轉子諧波r1=13P=52和定轉子磁場的磁密諧波r2=Zs+p=52的共同作用，造成了電磁力的r=r1-r2=0的0階增加。
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圖11顯示的每行數據代表氣隙徑向磁力密度諧波與氣隙徑向磁密諧波對的對應關系，B(n)代表磁密諧波，n為該磁密諧波在磁密諧波數據表格中的序號。通過如圖9、圖10和圖11所示的數據可以查找分析出電磁力波產生所對應的結構參數和運行工況條件，修改結構參數，比如定子槽數、轉子槽數等，可以削弱或者消除某些電磁力波。
將以上式子聯立，可得定子鐵心所受到徑向電磁力的詳細表達式：
式中，BRR表示vR次基本永磁諧波磁密幅值、B3Rk 表示vR次k階永磁齒諧波磁密幅值、B表示μ 次諧波電流所產生的的3次基本電樞反應諧波磁密 幅值、
表示μ次諧波電流所產生的的VS次kZ階 電樞反應齒諧波磁密幅值，以上單位均為T.
從定性分析的角度，電機的振動主要包括受迫振動和共振；從產生電磁力的機理分析，主要是氣隙磁密的諧波問題。
合理的槽極數配合可以減少磁動勢諧波和氣隙磁密諧波，是抑制電磁噪聲的重要手段。
氣隙磁密中定子側和轉子側產生的諧波次數分別為：
式中，ν和u分別為定子側和轉子側的氣隙磁密諧波次數；m為相數。
2.1氣隙磁密優化分析
2.1.1轉子開輔助槽
降低氣隙磁密諧波、提高氣隙磁密的正弦度是抑制電磁力波的關鍵因素。由于電樞槽的影響，內置式PMSM的氣隙磁密會存在一個不飽和區域，改變不飽和區域的寬度，可以提高氣隙磁密正弦度。轉子無輔助槽、〃軸位置開1個輔助槽和d軸對稱位置開2個輔助槽的示意圖如圖4所示，圖5為不同位置輔助槽下的空載氣隙磁密。
圖3 電機徑向力波2D傅里葉分解
由于0力波不會產生振動噪聲，以此將0力波分量刪除，由圖3可知徑向力波幅值最大的分量為2階2f諧波，其次為4階2f與8階2f諧波分量，但幅值均較小，原因是該超高速電機氣隙磁密諧波少，徑向力波基本只有2f基本力諧波。
圖2 電機結構及定子特征點分布示意圖
1.3 輔助槽對電機鐵耗的影響
轉子表面開輔助槽設計能改善氣隙磁密波形的正弦度、減小氣隙磁密的諧波含量，從而降低電機鐵損。同時，合理的開槽設計能減小漏磁,增大氣隙磁通量,提高電磁轉矩,降低轉矩波動。
圖2 電機空載反電動勢波形
圖3 空載氣隙磁密分布及其諧波含量
2.2 負載特性分析
進一步，對永磁同步電機額定負載下的穩態特性進行了仿真，求取了其輸出轉矩的波形以及定子繞組銅損、鐵芯損耗（包括鐵芯磁滯損耗與渦流損耗）；另外求解分析了電機從半載到滿載的動態過程，證明了電機具有較好的帶載能力和動態性能。為接下來進一步的仿真分析建立了基礎。
為更直觀的說明氣隙磁密減小量，進行傅里葉分析，如下圖5和圖6所示：
對0.6mm氣隙電機和0.9mm氣隙電機的氣隙磁密FFT分析進行了對比分析，如下圖7所示，分析結果表明在對應階次的幅值，0.6mm氣隙高于0.9mm氣隙，這說明0.6mm氣隙磁密諧波幅值更大，會輻射出更明顯的噪音。
