具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，传统不对称模块化永磁辅助同步磁阻电机的结构图，其中1为转子，2为定子，3为磁通间隙，4为定子绕组，5为磁障，6为铁氧体永磁体。下面以36槽6极不对称模块化永磁辅助同步磁阻电机为例，其方法步骤如下所示。

步骤1，分析该不对称结构电机的径向力分布；

通过磁势和磁导得出磁密，进而求得径向力，解析过程如下：

忽略电流谐波，定子磁动势可表示为：其中，θ为转子的空间位置，t为时间，ω为机械角速度，p＝3为极对数，F_v为v阶定子磁动势的幅值，k为正整数。

转子磁动势可表示为：μ＝2i+1其中，F_μ是μ阶转子磁动势的幅值，i是自然数。

定子磁导可表示为：其中，Λ_s0和Λ_sm分别是定子磁导的平均值和m阶定子磁导的谐波幅值，z＝36为槽数，m是正整数。

转子磁导可表示为：其中，Λ_r0和Λ_rn分别是转子磁导的平均值和n阶转子磁导的谐波幅值，n是正整数。

气隙磁导可表示为：Λ(θ,t)＝Λ_s(θ,t)·Λ_r(θ,t)

通过麦克斯韦应力张量法，径向力密度可表示为：

对径向力密度进行积分即可得到径向力，从而可以获得径向力的阶次存在0阶、1阶、2阶、3阶……；频率存在f_r、2f_r、3f_r、4f_r……。不对称结构电机的径向力谐波非常丰富，包含各基频各阶次的径向力，尤其是包含不平衡电磁力。利用有限元法获得径向力具体幅值，定量分析径向力对电机振动噪声的贡献程度。通过分析可以得出，1阶径向力主要是由转子和定子不对称引起的。

步骤1，根据电机振动理论，得出可能引起较大振动的径向力来源；

不对称结构导致电机产生丰富的径向力谐波，对于非高速中小型电机，共振现象几乎不可避免；对于2阶及以上阶次径向力的振动响应可近似表示为：

式中，F_m为径向力幅值，r为径向力阶次，f为径向力频率，f_ε为电机的固有频率，A为2阶以上模态下电机尺寸及材料参数对电机振动加速度的影响。

对于1阶径向力的振动响应，其响应和其它一般阶次基本相同，不同之处在于电机刚度以及质量表达式，可用下式近似表示：

式中，B为1阶模态下电机尺寸及材料参数对电机振动加速度的影响，因为振型的差异，导致B的值小于A的值，因此1阶径向力引发的振动是其他阶次的至少9倍；因此不对称结构中的不平衡电磁力导致电机产生较大的振动，是振噪优化的重要方向。

步骤2，建立不同电机模型得到转子相对磁导及其谐波，转子相对磁导分析过程如下：

永磁体沿圆周方向置于转子外侧，采用径向充磁的方式。转子为开槽和转子为实心时气隙磁密之比即为转子相对磁导沿圆周分布波形，对其傅里叶分解，得出转子相对磁导空间谐波；根据径向力分析结果，磁势不变的情况下，1阶径向压力与转子相对磁导密切相关。不对称转子导致转子相对磁导谐波具有除3n阶以外的其他阶次，其中n是正整数，并且这些谐波是不平衡电磁力的主要来源。通过降低这些谐波的幅值，不平衡电磁力将会降低。因此，可以优化转子以降低相关的转子相对磁导谐波，从而降低电机的振动和噪声。图2为转子相对磁导的求取过程。建立转子开槽和实心的电机模型，分别仿真得到相应的气隙磁密，所得B_{r_slotting}和B_{r_solid}之比即为相应转子气隙磁导Λ_{r_relative}，其中B_{r_slotting}为转子为开槽的气隙磁密，B_{r_solid}为转子为实体的气隙磁密，Λ_{r_relative}为转子相对磁导。

步骤3，根据转子相对磁导分析，提出转子优化模型；

磁障的偏移角度不同导致转子相对磁导的分布不同，建立转子相对磁导谐波与电机振动噪声的联系。合理的偏移角度既保证了电磁性能，又能削弱电机的振动噪声。

图3为本发明中转子磁障偏移角度选取示意图。β角和σ角的不同会影响转子相对磁导的分布。有限元分析选择2次、4次、5次以及7次转子相对磁导谐波作为减小目标，为了选择合适的偏移角度，采用了多参数优化。转子相对磁导和转矩脉动之间存在冲突关系。因此，优化时需要综合考虑。最后，选择β和σ分别为25°和1.5°。

步骤4，根据定子磁密云图，提出定子优化模型，确定最优电机模型；

建立磁密谐波和电机振动噪声的联系，分析磁密云图，提出通过定子磁通间隙开槽，减小引起较大振动的径向力幅值，进一步抑制振动噪声。分析得出在磁通间隙中距离气隙0.5mm处，开长为3mm，宽为1mm的辅助槽，有助于减小相关径向力。

图4为本发明中最终确定的优化电机的结构图，7为辅助槽，8为磁障偏移。新型不对称模块化永磁辅助同步磁阻电机，是由模块化定子和不对称转子组成，所述模块化定子是由定子铁心、磁通间隙、线圈组成，不等宽的磁通间隙将定子铁心均匀分割成三部分；不对称转子由铁氧体永磁体和三对张角不同的U型磁障组成，每对磁障均为两层，位于外侧的磁障张角大于内测磁障张角，厚度不同的永磁体位于两层U型磁障中心。

步骤5，校核优化电机的性能；

步骤5.1：校核优化电机的电磁性能以及机械应力；

由图5为本发明中原电机和优化电机的输出转矩比较图可以看出，电机的转矩性能并没有被牺牲，平均转矩均维持在9.8Nm左右，转矩脉动基本相同，没有牺牲电磁性能。

图6和图7为本发明中原电机和优化电机的转子相对磁导及其谐波比较图，从图中可以看出，2次、4次、5次以及7次转子相对磁导谐波有所降低，基波有所增大，实现了预期效果。

步骤5.2：有限元法完成相关模态参数分析，同时考虑定子材料和等效绕组材料的各向异性，并通过实验测试加以验证。

通过激振器法测得电机的模态频率、阻尼以及振型，调整材料参数和绕组等效模型，是有限元结果尽可能和实验结果一致，从而保证后续振噪分析结果的准确性。

步骤5.3：校核优化电机的振动和噪声。

图8和图9为本发明中原电机和优化电机的振动加速度及声功率级比较图，与原电机相比，优化电机的振动加速度和声功率级有了明显降低，振动加速度最大值从0.53m/s²下降到0.35m/s²，下降了38.6％；声功率级的有效值从32分贝下降到21分贝，下降了34％。优化后的电机大大提高了该类型电机的振动和噪声性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。