電機電磁噪聲的案例
新能源汽車驅動電機電磁噪聲仿真與應用
在上述幾類噪聲中，電機的電磁噪聲占主要成分，因此，在新能源車驅動電機的設計過程中，不僅要求滿足其能夠輸出足夠的動力，，也要求盡可能小的產生噪聲，這就需要通過一定的的手段來進行相應的分析，在保證其性能的情況下，盡可能的降低/優化電機的輻射噪聲。
西門子的Simcenter工具組合提供了一系列的方案，從電磁力的計算，電機結構動力學建模及模型修正，電機輻射噪聲的計算，以及最終計算結果的可視化與問題查找。下面這個視頻是利用Simcenter3D進行電機輻射噪聲計算的流程。
圖5 Simcenter3D電機輻射噪聲計算流程
1 Simcenter Magnet電磁力計算
電機的電磁激勵載荷與電機結構的幾何參數如定子槽數，槽口寬度，氣隙寬度等相關，與材料參數中定子的相對磁導率等，運動參數中的轉速，電路參數中定子繞組的通過電流大小，繞組參數里的繞組分布有關。該部分載荷隨時間/空間分布不同，可以通過西門子的電磁分析工具Simcenter Magnet來獲取，如下圖所示。
圖6 Simcenter Magnet電磁分析
Simcenter3D仿真平臺支持InfolyticaMagnet輸出的unv格式的電磁網格和電磁力，同時也兼容其他主流電磁分析工具輸出的unv格式的電磁網格和電磁力。通常情況下，為了節省電磁有限元分析所需要的時間，在建立電磁分析模型的時候，會采用2D或者對稱模型。Simcenter3D支持2D電磁網格和電磁力的導入，并且提供了由2D擴展到3D的工具，通過該工具可以得到三維電磁網格和三維電磁力。
展開 新能源汽車驅動電機電磁噪聲仿真與應用
作為汽車上主要噪聲源之一的發動機被電機替代，主要噪聲來源和噪聲頻譜特性也發生了改變：
圖2 燃油車和電動車噪聲頻譜圖
從頻譜圖上可以看出：
傳統燃油車的噪聲問題：
主要噪聲能量集中在2000Hz以下；
主要噪聲與發動機階次相關，如發動機的2階，4階等；
存在潛在的共振問題，在低頻下會產生轟鳴聲Booming。
電動車的噪聲問題：
主要噪聲能量的頻率更高；
主要噪聲與電機階次相關，24階，48階等；
存在潛在的共振問題，在低頻下會產生轟鳴聲Booming；
存在高頻開關頻率噪聲。
與傳統的燃油車相比，沒有了發動機噪聲、進排氣噪聲，從總聲壓級上來說，較傳統的燃油車相比，會小一些，但是由于其存在著高頻的電機噪聲，會產生比較差的聲品質，影響車內乘客的乘坐舒適性，傳統燃油車和電動車噪聲的噪聲頻譜圖如下圖所示。
圖3 傳統燃油車和電動車噪聲頻譜圖對比
電機噪聲主要包括以下幾類：
圖4 電機主要噪聲源
電機電磁噪聲：該部分噪聲主要由電機的電機激勵引起的結構輻射噪聲。電機在正常工作情況下，由于轉子切割磁感線，使得電機定子及轉子端存在電磁力，從而激勵其定子振動，進而該振動通過定子傳遞到兩端蓋，進而向外輻射噪聲；
電機風扇噪聲：由于電機工作情況下，需要對其產生的熱量進行散熱，因此電機往往附帶有風扇對其進行冷卻，風扇在旋轉的過程中，葉片產生的氣動噪聲也直接向外輻射，影響整個電機的噪聲水平；
電機結構噪聲：電機轉子在正常工作情況下，由于結構動不平衡及偏心安裝、以及電機轉子端的電磁力會通過軸承傳遞給結構殼體，引起結構殼體振動，進而向外輻射噪聲。
展開 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。
展開 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。
展開 
如何找出電機電磁振動與噪聲的根源問題
MANATEE是專業的電機電磁噪聲設計與分析軟件，能夠直指電機電磁噪聲的根源問題，本文介紹MANATEE軟件中的快速定位噪聲激勵源的功能。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。
共振的識別
基于MANATEE的電機全轉速轉矩范圍噪聲模態貢獻度分析
為了確定噪聲主要來源于哪階模態，最好的辦法是能夠進行全轉速范圍的聲壓級內的噪聲貢獻度分析，MANATEE軟件能夠直接進行模態貢獻度的分析計算。如果圖中顯示包含2階模態對噪聲有貢獻，那么該徑向電磁力中包含2階電磁力。
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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 車用永磁同步電機的電磁噪聲分析與抑制
摘要
：電機模態的準確分析是實現電機低噪聲驅動設計的重要環節。當電機模態頻率與對應階次徑向電磁力波頻率接近時，會產生共振。以一臺6極36槽的70 kW商務車主驅動永磁同步電機(PMSM)為研究對象,對比分析轉子開輔助槽和針對一階齒諧波的轉子分段斜極方法對電磁力波的影響。采用轉子開輔助槽和轉子分段斜極的優化方法后,0階12倍頻徑向電磁力波幅值可減小79%。建立電機三維有限元模態仿真模型，分析電機結構部件對模態的影響，結合常用車載驅動電機的安裝固定方式對外殼進行約束,分析不同約束方式下電機的模態特性。結果表明，在峰值功率8 000 r/min的工況下，優化設計方案下的0階12倍頻的徑向電磁力波幅值較大,但由于頻率為4 800 Hz,遠離電機模態的固有頻率，因此不會發生共振，降低了電磁噪聲。
關鍵詞
：電磁力波;模態;輔助槽;斜極;永磁同步電機
0引言
電機的結構噪聲是電機結構受到激振源激勵而產生的，主要來源有機械振動和電磁振動⑴。機械振動由軸承摩擦或轉子不平衡等因素引起， 可以通過采用低噪聲軸承、提高加工工藝和裝配精度等措施來改善；電磁振動由作用于定子結構上的電磁力波引起，是引起車用永磁同步電機(PMSM)噪聲的重要因素。
19世紀20年代初,Fritze首次提出電機電磁噪聲主要由定、轉子之間的徑向電磁力產生⑵。文獻［3］是較早分析PMSM電磁噪聲激振源的文章，將激振源歸為轉矩波動和定、轉子之間的徑向電磁力波,發現電機振動噪聲的頻率特征與上述激振源的頻率特征有很強的關聯性。文獻［4］全面闡述了車用電機振動與噪聲的產生機理，從理論層面深入分析電機電磁噪聲的來源,揭示了電磁噪聲和電機結構參數以及控制參數之間的關系。
展開 “新能源驅動電機電磁、磁熱、振動、噪聲多場耦合” 高級設計仿真培訓
6.3其它結果查看分析
7.MC電機聲場計算結果處理
7.1聲壓壓強查看分析 7.2聲壓級分布查看分析
7.3其它結果查看分析
WB驅動電機電磁噪聲
耦合分析
掌握WB驅動電磁噪聲耦合
分析過程
1.電機maxwell電磁創建
1.1電機模型處理 1.2電磁力計算設置特點技巧
1.3網格剖分技巧 1.4其它注意項講解
2.電機maxwell電磁-結構場耦合
2.1耦合注意事項
3.電機諧響應分析創建
3.1電機相關材料建立 3.2電機模型處理
3.3電機模型材料添加 3.4接觸坐標系處理
3.5網格剖分 3.6約束條件及力源添加處理
3.7求解設置 3.8結果查看處理
4.電機噪聲分析創建
4.1電機噪聲分析相關材料建立 4.2電機噪聲分析模型處理
4.3電機噪聲分析材料處理添加 4.4電機噪聲分析接觸坐標系處理
4.5電機噪聲分析網格剖分
4.6電機噪聲分析約束條件及力源添加處理
4.7求解設置 4.8結果查看處理
5.電機電磁噪聲耦合分析演示及上機操作
5.1永磁同步電動機
備注
開課前老師會針對學員反饋的技術問題進行分析，對共性問題在課堂中老師會與學員共同分析探討、個性問題將在課下單獨交流。
展開 新能源電機電磁、磁熱、震動、噪聲多場耦合
6.3其它結果查看分析
7.MC電機聲場計算結果處理
7.1聲壓壓強查看分析 7.2聲壓級分布查看分析
7.3其它結果查看分析
WB驅動電機電磁噪聲
耦合分析
掌握WB驅動電磁噪聲耦合
分析過程
1.電機maxwell電磁創建
1.1電機模型處理 1.2電磁力計算設置特點技巧
1.3網格剖分技巧 1.4其它注意項講解
2.電機maxwell電磁-結構場耦合
2.1耦合注意事項
3.電機諧響應分析創建
3.1電機相關材料建立 3.2電機模型處理
3.3電機模型材料添加 3.4接觸坐標系處理
3.5網格剖分 3.6約束條件及力源添加處理
3.7求解設置 3.8結果查看處理
4.電機噪聲分析創建
4.1電機噪聲分析相關材料建立 4.2電機噪聲分析模型處理
4.3電機噪聲分析材料處理添加 4.4電機噪聲分析接觸坐標系處理
4.5電機噪聲分析網格剖分
4.6電機噪聲分析約束條件及力源添加處理
4.7求解設置 4.8結果查看處理
5.電機電磁噪聲耦合分析演示及上機操作
5.1永磁同步電動機
備注
開課前老師會針對學員反饋的技術問題進行分析，對共性問題在課堂中老師會與學員共同分析探討、個性問題將在課下單獨交流。
展開 從電磁力波到噪聲：工程師如何"扼殺"電機的刺耳聲音？
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 新能源驅動電機電磁、磁熱、振動、噪聲多場耦合
6.3其它結果查看分析
7.MC電機聲場計算結果處理
7.1聲壓壓強查看分析 7.2聲壓級分布查看分析
7.3其它結果查看分析
WB驅動電機電磁噪聲
耦合分析
掌握WB驅動電磁噪聲耦合
分析過程
1.電機maxwell電磁創建
1.1電機模型處理 1.2電磁力計算設置特點技巧
1.3網格剖分技巧 1.4其它注意項講解
2.電機maxwell電磁-結構場耦合
2.1耦合注意事項
3.電機諧響應分析創建
3.1電機相關材料建立 3.2電機模型處理
3.3電機模型材料添加 3.4接觸坐標系處理
3.5網格剖分 3.6約束條件及力源添加處理
3.7求解設置 3.8結果查看處理
4.電機噪聲分析創建
4.1電機噪聲分析相關材料建立 4.2電機噪聲分析模型處理
4.3電機噪聲分析材料處理添加 4.4電機噪聲分析接觸坐標系處理
4.5電機噪聲分析網格剖分
4.6電機噪聲分析約束條件及力源添加處理
4.7求解設置 4.8結果查看處理
5.電機電磁噪聲耦合分析演示及上機操作
5.1永磁同步電動機
備注
開課前老師會針對學員反饋的技術問題進行分析，對共性問題在課堂中老師會與學員共同分析探討、個性問題將在課下單獨交流。
展開 
永磁電機的振動噪聲
白增程
沈陽安世亞太公司仿真應用工程師
對于永磁電機電磁噪聲的研究，近年來的研究熱點主要圍繞在四個方面：定子電磁力影響研究，轉子電磁力影響研究，電機本體結構優化技術研究，控制方法抑制電機電磁噪聲研究。
定子電磁力影響研究
電機中的定子電磁噪聲主要受兩方面的因素影響，電磁激振力和相應激振力引起的結構響應及聲輻射，以下對引起噪聲的定子電磁力的解析表達及相應的振動和聲輻射的研究情況進行綜述。
英國謝菲爾德大學的Z.Q.Zhu教授等運用解析法對永磁電機定子電磁力及其噪聲進行研究，對永磁無刷電機電磁力進行理論研究，對10 極 9 槽的永磁無刷直流電機的振動噪聲進行研究，理論上研究了電磁力與定子齒寬間的關系，同時分析了轉矩脈動與振動噪聲優化結果間的關系。
沈陽工業大學的唐任遠教授、宋志環提供了完整的解析方法研究永磁電機內的電磁力及其諧波，為進一步的永磁電機噪聲理論研究提供了理論支持。圍繞正弦波和變頻器供電的永磁同步電機進行電磁振動噪聲源的分析，對氣隙磁場、法向電磁力和振動噪聲的特征頻率進行研究，產生轉矩脈動的原因進行分析，其次運用有限元對轉矩脈動進行仿真并加以實驗驗證，同時分析了不同槽極配合情況下的轉矩脈動，以及氣隙長度、極弧系數、削角、槽口寬度等對轉矩脈動的影響。
展開 非晶合金永磁電機的電磁振動噪聲計算與分析
吳勝男等通過有限元計算和實驗測試相結合的方法，分析了電磁力、磁致伸縮及鐵芯疊片壓緊力對非晶電機振動性能的影響，研究表明彈性模量較低是非晶電機振動性能不如傳統硅鋼電機的主要原因；鐘星鳴等研究了非晶變壓器的振動性能，結果表明采用非晶鐵芯使得變壓器振動加劇，可以通過固定或支撐的方法穩固非晶變壓器以降低噪聲；
2010年，日立公司研發出了一款卷繞非晶定子鐵芯電機，其鐵芯由多個非晶模塊組合而成，該結構改善了振動噪聲卻增大了渦流損耗，降低了電機效率；楊浩東等通過有限元方法計算了永磁電機的電磁力波，分析了電機結構參數對電磁振動的影響，提出了采用增大極弧角度、增大隔磁橋寬度、采用磁極偏心等來降低電磁力波的方法；法國VEREZZG等通過有限元方法，計算了氣隙磁密及電磁力，研究表明磁路軸向對稱的電機可以采用２Ｄ有限元計算并達到較高的精度。
目前，電機的振動噪聲研究主要有以下幾個方面:研究電機的固有頻率和振動模態以避免共振的發生，計算電機的電磁力波，研究電磁力波引起的電機的諧響應，研究磁致伸縮引起的電磁振動，研究加工工藝對電機振動噪聲的影響等。有關非晶電機電磁振動的研究相對較少。
展開 永磁電機的振動噪聲
文章發布：上海安世亞太官方訂閱號（搜索：PeraShanghai）
聯系我們：021-58403100
作者：白增程 沈陽安世亞太公司仿真應用工程師
對于永磁電機電磁噪聲的研究，近年來的研究熱點主要圍繞在四個方面：
定子電磁力影響研究
轉子電磁力影響研究
電機本體結構優化技術研究
控制方法抑制電機電磁噪聲研究
定子電磁力影響研究
電機中的定子電磁噪聲主要受兩方面的因素影響，電磁激振力和相應激振力引起的結構響應及聲輻射，以下對引起噪聲的定子電磁力的解析表達及相應的振動和聲輻射的研究情況進行綜述。
英國謝菲爾德大學的Z.Q.Zhu教授等運用解析法：
對永磁電機定子電磁力及其噪聲進行研究，
對永磁無刷電機電磁力進行理論研究，
對10 極 9 槽的永磁無刷直流電機的振動噪聲進行研究，
理論上研究了電磁力與定子齒寬間的關系，
同時分析了轉矩脈動與振動噪聲優化結果間的關系。
沈陽工業大學的唐任遠教授、宋志環提供了完整的解析方法研究永磁電機內的電磁力及其諧波，為進一步的永磁電機噪聲理論研究提供了理論支持。圍繞正弦波和變頻器供電的永磁同步電機進行電磁振動噪聲源的分析，對氣隙磁場、法向電磁力和振動噪聲的特征頻率進行研究，產生轉矩脈動的原因進行分析，其次運用有限元對轉矩脈動進行仿真并加以實驗驗證，同時分析了不同槽極配合情況下的轉矩脈動，以及氣隙長度、極弧系數、削角、槽口寬度等對轉矩脈動的影響。
電磁徑向力和切向力的模型，并進行了相應的模態仿真，對電磁力和振動噪聲響應進行了頻域分析和聲輻射模型的分析，并進行了相應的仿真和實驗研究，其指出永磁電機定子主要模態如圖所示。
展開 盧素華 等：基于多場耦合的斷條狀態下感應電機電磁振動噪聲規律研究
附加磁場與主磁場產生附加電磁力，而附加電磁力呈現出寬頻連續的特性，擾亂了電機原有的電磁力特性。
（2）由于斷條產生的附加電磁力在頻譜上的連續性，斷條后電機整體的振動幅值上升，波動加劇，降低了電機運行過程中的穩定性，實際削弱了電機的負載性能。
（3）斷條前后，電機的主要噪聲峰值沒有發生較大變化，但增加了整個頻段上的噪聲總值，提高電機電磁噪聲的毛刺程度，從而影響了電機運行過程中周圍的聲場聲壓級分布，影響電機的聽感。
展開 