電機噪聲優化的案例
電動汽車驅動電機振動噪聲問題分析優化
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 純電動汽車電機嘯叫噪聲優化
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。
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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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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。
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純電動汽車電機嘯叫噪聲優化
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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電機8階噪聲優化效果如圖12所示：
圖12 車內電機8階噪聲優化前后對比
4.電機8階噪聲主客觀對應分析
4.1主觀評價方法
主觀評價是評判電機嘯叫噪聲水平的重要依據，主觀評價依據主觀評價表對電機嘯叫噪聲性能水平進行等級劃分，主觀評價基準如表2所示：
表2 主觀評價基準
4.2主客觀對應分析
本文中某純電動汽車電機8階嘯叫噪聲優化過程采用主觀評價和客觀測試相結合的方法，最終達成優化目標，主觀評價及客觀測試對應關系如表3所示：
表3 電機8階噪聲主客觀對應
5.結論
（1）本文研究了某純電動汽車電機8階嘯叫噪聲，通過激勵源與傳遞路徑分析，驗證出空氣傳遞是車內電機8階噪聲的主要路徑；
（2）通過整車試驗和CAE仿真分析相結合，提出電機結構改進方案，優化效果明顯，電機8階噪聲水平由55dB（A）降為50dB（A）；
（3）進行了電機8階嘯叫噪聲主觀評價與客觀測試對應分析。本文介紹的電機8階嘯叫噪聲優化方法可應用于整車狀態下電機噪聲的開發和驗證工作。
展開 變頻空調壓縮機電機的振動噪聲優化研究
在噪聲改善上，得益于計算技術的發展，有限元+電機優化算法+多物理場耦合分析已廣泛應用于電機優化設計上[2-3]，但傳統拓撲結構的設計優化效果變得有限。另一方面，基于磁場調制原理的新結構電機成為近年研究熱點[4-7]，磁齒輪電機、永磁游標電機、無刷雙饋電機是新原理電機的典型代表，但上述研究的新結構目前主要應用于直線電機、風力發電機等，與空壓的傳統應用結構相結合的難度大。
永磁同步電機電磁振動噪聲自動優化
1 前言
當前新能源汽車電機電磁振動噪聲，越來越受到電機開發人員的關注。如何快速定位噪聲源，優化電機振動噪聲成為突出問題。
MANATEE(Magnetic Acoustic Noise Analysis Tool for Electrical Engineering)是法國EOMYS工程開發的電機振動噪聲仿真設計工具，是全球唯一一款專門應用于電機電磁-振動-噪聲耦合分析設計工具。專注于計算由麥克斯韋電磁力波引起的振動噪聲。軟件包括電力電子驅動模塊、電機電磁模擬模塊、機械模擬模塊以及噪聲模擬模塊、變速計算模塊、多物理場耦合模塊、優化模塊等。能夠快速計算評估電機從0啟動至上萬轉轉速運行過程的振動噪聲狀態（20~20000Hz人感官范圍）。
由于電機電磁振動噪聲機理復雜，難于定位，很難找到噪聲源。本文從另外一個角度對電機的電磁振動噪聲進行優化。遺傳算法是一種搜索最優方案的算法，本文利用遺傳算法，實現電機的多參數優化電機電磁振動噪聲。
2 基于MANATEE的電機電磁振動噪聲優化
MANATEE所用遺傳算法為：NSGA2改進型遺傳算法。
Step one：在OP_InManatee_prob.m文件中設置遺傳算法計算參數
OP_InManatee_prob.m文件
在此文件中主要設置的參數為：初始種群數、進化迭代次數、目標函數文件等。
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1 前言
當前新能源汽車電機電磁振動噪聲，越來越受到電機開發人員的關注。如何快速定位噪聲源，優化電機振動噪聲成為突出問題。
MANATEE(Magnetic Acoustic Noise Analysis Tool for Electrical Engineering)是法國EOMYS工程開發的電機振動噪聲仿真設計工具，是全球唯一一款專門應用于電機電磁-振動-噪聲耦合分析設計工具。專注于計算由麥克斯韋電磁力波引起的振動噪聲。軟件包括電力電子驅動模塊、電機電磁模擬模塊、機械模擬模塊以及噪聲模擬模塊、變速計算模塊、多物理場耦合模塊、優化模塊等。能夠快速計算評估電機從0啟動至上萬轉轉速運行過程的振動噪聲狀態（20~20000Hz人感官范圍）。
由于電機電磁振動噪聲機理復雜，難于定位，很難找到噪聲源。本文從另外一個角度對電機的電磁振動噪聲進行優化。遺傳算法是一種搜索最優方案的算法，本文利用遺傳算法，實現電機的多參數優化電機電磁振動噪聲。
2 基于MANATEE的電機電磁振動噪聲優化
MANATEE所用遺傳算法為：NSGA2改進型遺傳算法。
Step one：在OP_InManatee_prob.m文件中設置遺傳算法計算參數
OP_InManatee_prob.m文件
在此文件中主要設置的參數為：初始種群數、進化迭代次數、目標函數文件等。
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1 前言
當前新能源汽車電機電磁振動噪聲，越來越受到電機開發人員的關注。如何快速定位噪聲源，優化電機振動噪聲成為突出問題。
MANATEE(Magnetic Acoustic Noise Analysis Tool for Electrical Engineering)是法國EOMYS工程開發的電機振動噪聲仿真設計工具，是全球唯一一款專門應用于電機電磁-振動-噪聲耦合分析設計工具。專注于計算由麥克斯韋電磁力波引起的振動噪聲。軟件包括電力電子驅動模塊、電機電磁模擬模塊、機械模擬模塊以及噪聲模擬模塊、變速計算模塊、多物理場耦合模塊、優化模塊等。能夠快速計算評估電機從0啟動至上萬轉轉速運行過程的振動噪聲狀態（20~20000Hz人感官范圍）。
由于電機電磁振動噪聲機理復雜，難于定位，很難找到噪聲源。本文從另外一個角度對電機的電磁振動噪聲進行優化。遺傳算法是一種搜索最優方案的算法，本文利用遺傳算法，實現電機的多參數優化電機電磁振動噪聲。
2 基于MANATEE的電機電磁振動噪聲優化
MANATEE所用遺傳算法為：NSGA2改進型遺傳算法。
Step one：在OP_InManatee_prob.m文件中設置遺傳算法計算參數
OP_InManatee_prob.m文件
在此文件中主要設置的參數為：初始種群數、進化迭代次數、目標函數文件等。
展開 案例分享 | 麥克馬斯特大學使用Actran優化電機噪聲
其中，替代傳統內燃機的電動動力總成雖然使得車輛更加安靜，然而對噪聲和振動提出新的挑戰，特別是電機的設計。為了設計出性能和聲學舒適度都符合預期的高效能動力設備，工程師需要采用新的方法和工具。
一般來說，扭矩是電機設計最主要的目標，使得電機在規定速度范圍內能提供足夠的動力。而其他的設計， 如效能分析、徑向力分析、結構分析和聲學分析等緊隨其后。
“聲學分析應該成為這個流程中的一部分而不應該是最后考慮的事情。”Berker Bilgin博士說道。電機噪聲主要是由于電磁徑向力引起靜子結構振動產生。一旦電機設計已經完成，再想降低噪聲會變得非常困難。
靜子的振型和固有頻率對振動輻射噪聲產生影響。但是，不是所有的噪聲都由結構共振產生。強的徑向簡諧力有時足以引起結構的振動，成為噪聲的主要來源。另外，靜子或者電機結構的改變，或者電力控制的變化都對電磁力有影響，因此也會改變電磁場和聲學的表現。
所以，Berker Bilgin博士強調，“一個有效的電機開發流程應該包含電磁力的預測、結構和聲學的分析。”
圖1 .
展開 
電機NVH測試優化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電
電機NVH測試優化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電機NVH測試的核心訴求是準捕捉噪聲與振動信號，而測試基準的穩定性直接決定信號采集的真實性。鑄鐵平臺作為電機NVH測試臺的核心基礎部件，憑借高剛性、低振動、強抗干擾的特性，為噪聲振動測試搭建穩定基準，是優化NVH測試精度與效率的關鍵支撐。本文深解析鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，融入電機噪聲測試平臺、振動測試基準平臺等高頻關鍵詞，為NVH測試方案優化提供技術參考。
電機NVH測試的核心痛點是“信號干擾導致測試失真”。噪聲振動信號本身具有微弱性、高頻性特點，測試過程中，電機運行產生的振動易引發測試基準變形，車間環境噪聲、地面振動、其他設備運行干擾等，也會混入測試信號，導致真實的電機NVH信號被掩蓋。普通測試基座難以這些干擾，而鑄鐵平臺通過科學的結構與工藝設計，從根源上優化測試環境，為準采集NVH信號筑牢基礎。
鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，主要通過三大核心價值實現，為NVH測試優化提供關鍵支撐。其一，高剛性結構保障測試基準穩定。平臺主體選用HT250強度灰鑄鐵或QT600球墨鑄鐵，經高溫時效+振動時效+自然時效三重處理，殘余應力去除率≥99%，搭配“箱型封閉框架+十字交叉加密筋板”設計，筋板厚度≥25mm，臺面厚度≥100mm，在電機振動載荷作用下，臺面撓度≤0.01mm/m，無塑性變形。穩定的基準面可避免電機安裝位置偏移，確保振動傳感器采集的信號真實反映電機本身振動特性，減少基準變形導致的測試誤差。
其二，優異阻尼特性抑振動干擾。
展開 電動車驅動電機振動噪聲研究綜述
2007年宋志環等提出調整極槽配合、繞組層數可以改善電磁噪聲。2016年鐘文彬對試驗樣機的轉子結構優化，降低了徑向激振力。
5．2 基于機械振動的噪聲優化
國內外學者大都通過改善制造工藝性、改善定／轉子不平衡來優化機械噪聲。
6 對電機噪聲傳播路徑控制的研究
對噪聲傳遞路徑的控制是解決振動噪聲問題最常用的方法。控制方法有：隔振控制、阻尼控制、隔聲控制、吸聲控制。根本原理就是在振動噪聲傳遞路徑上施加減振原件，隔聲吸聲材料。
6．1 電機懸置隔振研究
驅動電機通過懸置安裝在副車架上，電機的振動能量傳遞到車身。目前，國內借鑒傳統發動機動力總成懸置系統的研究方法，對電動汽車驅動電機的懸置系統研究較多。2007年閻礁等以轉子質量不平衡為激勵，對振動系統的懸置剛度進行了優化。2011年李瑩建立了電機六自由度剛體模型，將路面窄帶平穩隨機加速度作為輸入參數，得到電機動力總成質心加速度響應。
展開 新能源汽車驅動電機電磁噪聲仿真與應用
圖12 Simcenter3D 聲學及結構動力學高級NVH后處理功能
5 工程應用案例
近幾年來，國內各大整車廠和汽車零部件公司都對電機電磁噪聲進行了研究，并且有多篇論文投稿到我們每年的用戶大會上，需要相關文獻的可以找我們技術支持團隊索取。
6 小結
通過西門子Simcenter工具組合可以協助客戶實現整個電機電磁噪聲的仿真流程，如圖12所示。
l Simcenter Magnet 電磁仿真獲取電磁力；
l Simcenter3D Structure 結構動力學求解器計算電機結構振動；
l Simcenter3D Acoustics 聲學求解器計算電機外場輻射噪聲。
圖13 通過Simcenter工具組合實現電機電磁噪聲仿真流程
7 展望
源-傳遞路徑-接收體（Source Transfer-Receiver）模型一直是西門子STS團隊解決NVH問題用到的一個模型，上述案例中，對于電機電磁噪聲，是通過修改電機結構來避免共振，抑制電機殼體振動降低電機電磁噪聲的，相當于是在傳遞路徑上進行優化。另外一方面，我們也可以從激勵源來進行優化，例如通過我們的Simcenter Amesim進行控制策略的優化，在保證輸出扭矩的情況下，減小電磁力的波動，從而優化電機電磁噪聲。
圖14 電機噪聲優化案例
另外，現在的電驅系統的高度集成是一個發展方向，會將電機和減速器集成到一起，對于這類應用，我們會在后續內容中再進行相應的介紹。
文章來源Simcenter ECS 工程咨詢服務
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其中，替代傳統內燃機的電動動力總成雖然使得車輛更加安靜，然而對噪聲和振動提出新的挑戰，特別是電機的設計。為了設計出性能和聲學舒適度都符合預期的高效能動力設備，工程師需要采用新的方法和工具。
一般來說，扭矩是電機設計最主要的目標，使得電機在規定速度范圍內能提供足夠的動力。而其他的設計， 如效能分析、徑向力分析、結構分析和聲學分析等緊隨其后。
“聲學分析應該成為這個流程中的一部分而不應該是最后考慮的事情。”Berker Bilgin博士說道。電機噪聲主要是由于電磁徑向力引起靜子結構振動產生。一旦電機設計已經完成，再想降低噪聲會變得非常困難。
靜子的振型和固有頻率對振動輻射噪聲產生影響。但是，不是所有的噪聲都由結構共振產生。強的徑向簡諧力有時足以引起結構的振動，成為噪聲的主要來源。另外，靜子或者電機結構的改變，或者電力控制的變化都對電磁力有影響，因此也會改變電磁場和聲學的表現。
所以，Berker Bilgin博士強調，“一個有效的電機開發流程應該包含電磁力的預測、結構和聲學的分析。”
圖1 .
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