電機噪聲優化
關注創建者：匿名 創建時間：2021-09-03
電機噪聲優化的視頻教程
永磁電機電磁振動噪聲
針對永磁電機電磁振動噪聲，通過Maxwell仿真手段去解決電磁噪聲，振動，諧響應分析，模態分析等工程問題，適合人群（工程人員，學術人員）
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Simcenter 3D電機振動噪聲分析
本視頻旨在進行建立電機的聲場進行振動噪聲的分析，采用Simcenter 3D建立聲場，將電機的電磁力映射到電機結構定子齒端進行分析。結合官方教程具體操作請看視頻。
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電機噪聲優化的實例教程
因為驅動電機表面是不規則的，氣流遇到凸起阻礙時會產生類似笛聲的聲音，隨轉動部件和固定部件之間氣隙的減小而增強 [8]。
4 驅動電機噪聲優化
4.1 電磁噪聲優化
針對電磁噪聲的優化要考慮的因素比較多，因為在控制電磁噪聲的同時，還需要使驅動電機的性能符合要求。電磁噪聲大小主要與氣隙中定子、轉子之間的相互作用產生的徑向力，電機組成部件的動態響應有關，因此可以采取以下措施來減小驅動電機電磁噪聲：合理選擇氣隙磁密，以使在降低噪聲的同時更好的平衡驅動電機的性能；增加定子槽數以減少諧波分布系數，以減小徑向電磁力諧波及轉矩脈動 [9]；轉子設計時由直槽改為斜槽；降低驅動電機定子表面的動態振動；選擇合適的槽配合來降低驅動電機的電磁噪聲。
4.2 機械噪聲優化
針對驅動電機的機械噪聲優化主要分為兩方面進行，一方面是對軸承噪聲進行控制，另一方面是對由轉子動平衡問題產生的噪聲進行控制。
對軸承噪聲可采取以下措施：軸承徑向游隙的大小要適當，過大會使電機的低頻噪聲變大，過小會使電機高頻變大；選擇密封軸承，避免雜物及油污進入；軸承端蓋的結構設計要合理，使軸承內圈與轉軸的配合，軸承外圈與軸承室的配合更加
恰當。
針對轉子動平衡問題可采取以下措施：提高轉子的動平衡精度，應大于 G2.5，盡量
減少驅動電機工作時因轉子質量分布不均勻產生的離心力的大小。
展開 圖11 右懸置支架上安裝動力吸振器電機8階噪聲結構優化方案總體如表1所示:
表1 電機結構優化方案
3.5 電機優化方案效果驗證
經整車試驗驗證，體現電機逆變器殼體三個優化方案及電機右懸置支架安裝動力吸振器后，車內電機8階噪聲在490Hz峰值較原狀態降低5dB（A），在580Hz峰值降低7dB（A），優化效果明顯，且電機8階噪聲水平基本在50dB（A）以下，主觀評價7分。
展開 對于逆變器殼體490Hz共振問題，實施優化措施如下：殼體厚度由原來的3mm增加至4mm、殼體背面增加加強筋結構、逆變器殼體上表面粘貼阻尼片，具體措施如圖10所示。優化后，逆變器上殼體模態頻率由488Hz提升至613Hz。
圖10 逆變器殼體結構改進方案
對于右懸置支架580Hz強迫振動問題，實施優化措施如下：綜合考慮布置空間和右懸置支架8階振動情況，在右懸置支架上安裝固有頻率為580Hz的動力吸振器，如圖11所示。該動力吸振器關鍵設計參數如下：Z向固有頻率滿足580Hz±5%Hz，質量滿足200g±20g。
圖11 右懸置支架上安裝動力吸振器電機8階噪聲結構優化方案總體如表1所示:
表1 電機結構優化方案
3.5 電機優化方案效果驗證
經整車試驗驗證，體現電機逆變器殼體三個優化方案及電機右懸置支架安裝動力吸振器后，車內電機8階噪聲在490Hz峰值較原狀態降低5dB（A），在580Hz峰值降低7dB（A），優化效果明顯，且電機8階噪聲水平基本在50dB（A）以下，主觀評價7分。
展開 對于逆變器殼體490Hz共振問題，實施優化措施如下：殼體厚度由原來的3mm增加至4mm、殼體背面增加加強筋結構、逆變器殼體上表面粘貼阻尼片，具體措施如圖10所示。優化后，逆變器上殼體模態頻率由488Hz提升至613Hz。
圖10 逆變器殼體結構改進方案
對于右懸置支架580Hz強迫振動問題，實施優化措施如下：綜合考慮布置空間和右懸置支架8階振動情況，在右懸置支架上安裝固有頻率為580Hz的動力吸振器，如圖11所示。該動力吸振器關鍵設計參數如下：Z向固有頻率滿足580Hz±5%Hz，質量滿足200g±20g。
圖11 右懸置支架上安裝動力吸振器電機8階噪聲結構優化方案總體如表1所示:
表1 電機結構優化方案
3.5 電機優化方案效果驗證
經整車試驗驗證，體現電機逆變器殼體三個優化方案及電機右懸置支架安裝動力吸振器后，車內電機8階噪聲在490Hz峰值較原狀態降低5dB（A），在580Hz峰值降低7dB（A），優化效果明顯，且電機8階噪聲水平基本在50dB（A）以下，主觀評價7分。
展開 圖11 右懸置支架上安裝動力吸振器電機8階噪聲結構優化方案總體如表1所示:
表1 電機結構優化方案
3.5 電機優化方案效果驗證
經整車試驗驗證，體現電機逆變器殼體三個優化方案及電機右懸置支架安裝動力吸振器后，車內電機8階噪聲在490Hz峰值較原狀態降低5dB（A），在580Hz峰值降低7dB（A），優化效果明顯，且電機8階噪聲水平基本在50dB（A）以下，主觀評價7分。
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本文原刊登于Ansys.com：《Analyzing Noise, Vibration, and Harshness With Ansys Motor-CAD NVH Tuning》
作者： Shi-Uk Chung | Ansys 高級應用工程師
編輯整理：王楊 | Ansys 主任應用工程師
噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）是電機設計與性能的關鍵因素。過高的NVH會導致產品壽命縮短
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培訓日程：
培訓時間：11月20-21日
培訓地點：
上海市松江區云振路410號創智中心4號樓3樓8號會議室/線上
面向人群：
?汽車、家電、通用機械等行業電機類產品設計與仿真工程師。
?其他行業中希望了解輻射噪聲問題并利用仿真加以改善的工程人員。
培訓目標：
?針對涉及到各行業電機類產品相關的客戶，對常用的軸向
在新能源汽車電機噪聲優化中，該模塊可識別電磁徑向力波與定子模態的共振頻率，通過諧響應分析量化不同階次徑向力對殼體輻射噪聲的貢獻度，指導電機定轉子槽極配合優化，使電機噪聲降低 6-10dB (A)，且不損失輸出扭矩。
一、軟件概述
ANSYS Maxwell 是 ANSYS 公司旗下一款功能強大的低頻電磁場仿真軟件，在電力、電子、機電等多個行業有著廣泛的應用。它基于有限元分析（FEA）、有限積分法（FIM）等先進算法，能夠精確模擬各種復雜的電磁現象，為工程師和科研人員提供可靠的設計分析工具。
二、核心功能
（一）電磁建模與分析
Maxwell 具備豐富的建模工具，可快速創建二維和三維電磁模型。用戶既可以通過軟件自帶的建模模塊繪制簡單的幾何形狀
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
1、問題所在
為了改善空氣質量，減少環境污染，減少對石油的依賴，降低能源安全風險，國家大力倡導發展新能源汽車，大量新能源車企應運而生，競爭日趨激烈。使用經濟效率較高的電機對于增強企業市場競爭力非常重要。然而電機結構復雜參數之間耦合性高，需要借用仿真軟件在已有設計方案的基礎上進行仿真和優化分析，得到特定性能下的理想設計，以減少開發成本和時間。
2、如何解決
國內某車企的系列電機轉速
隨著驅動電機功率密度的不斷提升，對電機的最高轉速也提出了更高的要求。在IPM電機中，轉子隔磁橋需要承受更大的離心應力，同時還必須確保足夠的隔磁性能。為了有效分散轉子應力，磁極拓撲結構變得愈發復雜，雙層甚至多層永磁體的設計變得非常普遍。這使得隔磁橋和孔的幾何設計具有更高的自由度和復雜性。
因此，如何在隔磁橋的尺寸設計中兼顧電磁性能和結構強度，成為一個典型的多物理場權衡設計問題。然而，僅憑借經驗來設計滿足所有設計任務要求的轉子隔磁橋尺寸非常具有挑戰性
作者：向熔
郵箱：mechanical_support_china@avl.com
原文發布于公眾號：AVL先進模擬技術
01
前言
隨著能源危機以及排放法規的不斷嚴苛，新能源電動汽車是一種使用電能作為驅動能源的現代交通工具，已然為全球汽車工業當前和未來發展的重點。電機作為純電動汽車的動力源，是驅動整車行駛的核心部件。而永磁同步電機因具有高功率密度、高效率、良好的轉矩特性
