電機振動噪聲控制的案例
電動車驅動電機振動噪聲研究綜述
但是，對于電動車來說，發動機被電機取代，發動機的缺失并沒有改善電動汽車的振動噪聲問題，電機高頻噪聲更加明顯；電機直接連接變速器形成一體化的動力總成，由此引發的振動噪聲性能也與傳統汽車不同；此外，在整車情況下應結合噪聲級評價指標以及心理學客觀評價參數對電機進行聲品質的研究。
目前，國內外對電動汽車驅動電機振動噪聲研究相對較少。本文從驅動電機對整車聲振特性影響研究、驅動電機振動噪聲激勵源的研究、基于磁固耦合的電機振動噪聲動態響應分析研究、電機振動噪聲控制優化研究、對電機噪聲傳播路徑控制的研究等五個方面闡述電動汽車驅動電機噪聲研究現狀。
2 驅動電機對整車振動噪聲的影響研究
研究驅動電機噪聲對整車噪聲的影響有利于確定電機振動噪聲的研究重點。2008年，蔡建江等對燃料電池轎車進行試驗，得出在超過某一車速下，驅動電機振動幅值變化和車內噪聲的頻率變化基本一致，且在高速工況下車內噪聲最主要頻率成分為電機轉速的基頻或諧頻。2012年，Humbert等提出電機的切向電磁力對變速器的振動特性產生影響，但缺少具體的分析。2014年相龍洋等人對新型純電動小車進行試驗，并對車內各部分進場噪聲信號進行偏相干分析】，得出電動汽車高速行駛時，電機噪聲為主要源頭。2015年方源等人對某集中驅動式電動車進行試驗研究，得出隨著車速的增加，相比于動力總成其他部分，電機端部的聲壓級波動較大，且電機高頻噪聲增大，對整車的聲品質產生主要影響。
展開 電機振動噪聲的產生以及控制：振動和噪聲的來源
? 目前世界各國對電機振動和噪聲研究主要集中在電磁力波的研究，定子振動特性及聲學特性研究，軸承和電刷的制造和裝配工藝，冷卻風扇的合理設計和選用，主要采用吸、隔、消的方法與措施。
振動是噪聲的來源，電機的振動與傳統發動機的振動形式不同，原理也不盡相同，因此對汽車動力總成的影響也不同，電機的振動噪聲對車輛的吸聲和隔聲要求與傳統車不同，動力總成懸置的設計也不同。對振動的控制要從了解電機的特性本身基礎上進行控制。
人體對振動的靈敏度取決于振動頻率，人體對振動最敏感的頻率范圍是2-20Hz，在這個頻率范圍內感覺域是0.003g,不快域是0.05g，不可忍域是0.5g，電機的振動波形式不是單一的正弦波，而是由許多不同頻率成分的波形成。
電動機產生振動，會使繞組絕緣和軸承壽命縮短，影響滑動軸承的正常潤滑，振動力促使絕緣縫隙擴大，使外界粉塵和水分入侵其中，造成絕緣電阻降低和泄露電流增大，甚至形成絕緣擊穿等事故。另外，電動機產生振動，又容易使冷卻器水管振裂，焊接點振開，同時會造成負載機械的損傷，降低工件精度，會造成所有遭到振動的機械部分的疲勞，會使地腳螺絲松動或斷掉，電動機又會造成碳刷和滑環的異常磨損，甚至會出現嚴重刷火而燒毀集電環絕緣，電動機將產生很大噪音，這種情況一般在直流電機中也時有發生。
展開 汽車空調箱鼓風機電機振動噪聲控制研究
摘要：永磁有刷直流電機噪聲是汽車空調箱系統主要噪聲源之一，控制其振動噪聲對提高汽車乘坐舒適性尤為重要。首先，針對永磁有刷直流電機建立電磁場二維有限元模型，計算電機的瞬態磁場，分析電磁激振力特性；其次建立電機三維有限元結構模型，計算各階模態頻率，并通過模態實驗驗證有限元模型的準確性；然后將電磁激振力加載到三維結構有限元模型上，計算電機的瞬態動力學響應，發現在600 Hz振動位移最大，并通過電機振動響應實驗驗證了計算結果的準確性。在此基礎上，針對600 Hz 處的振動噪聲提出三種傳遞路徑優化方案:電機橡膠隔振墊結構優化、法蘭盤結構優化、電機安裝方式優化，并通過實驗驗證三種降噪方案的有效性。
隨著人們對汽車質量與舒適性要求越來越高，汽車NVH（Noise，Vibration and Harshness）已成為汽車品質的一個重要指標。對于新能源汽車而言，沒有發動機振動噪聲的掩蓋，汽車空調系統噪聲顯得尤為突出。永磁有刷直流電機廣泛應用于汽車空調系統鼓風機，其噪聲是空調系統鼓風機主要噪聲源之一。因此，抑制車用永磁有刷直流電機的振動噪聲，對提高汽車舒適性極為重要。
Parente D 等對用于雨刷的永磁直流電機在不修改轉子沖壓和斜槽的情況下，只優化永磁體的形狀來降低齒槽轉矩的峰值從而降低噪聲。Lee S H等針對減小內置式永磁電機的電磁噪聲提出一種基于削弱齒槽轉矩的方法。Tao S等通過優化極槽配合來降低電磁噪聲，實驗發現8極9槽電機比8極12 槽電機噪聲大15 dB(A)。左曙光等分析了不同極槽配合和繞組層數電機最低階徑向力波的階數和來源，并針對槽數相同極數不同電機的最低階徑向力波的幅值進行了比較,發現力波階數小的極槽配合會引起大的振動，而且對于相同槽數的電機，極對數大的電機的振動也更大。
展開 汽車空調箱鼓風機電機振動噪聲分析與控制研究
摘要：永磁有刷直流電機噪聲是汽車空調箱系統主要噪聲源之一，控制其振動噪聲對提高汽車乘坐舒適性尤為重要。首先，針對永磁有刷直流電機建立電磁場二維有限元模型，計算電機的瞬態磁場，分析電磁激振力特性；其次建立電機三維有限元結構模型，計算各階模態頻率，并通過模態實驗驗證有限元模型的準確性；然后將電磁激振力加載到三維結構有限元模型上，計算電機的瞬態動力學響應，發現在600 Hz振動位移最大，并通過電機振動響應實驗驗證了計算結果的準確性。在此基礎上，針對600 Hz 處的振動噪聲提出三種傳遞路徑優化方案:電機橡膠隔振墊結構優化、法蘭盤結構優化、電機安裝方式優化，并通過實驗驗證三種降噪方案的有效性。
隨著人們對汽車質量與舒適性要求越來越高，汽車NVH（Noise，Vibration and Harshness）已成為汽車品質的一個重要指標。對于新能源汽車而言，沒有發動機振動噪聲的掩蓋，汽車空調系統噪聲顯得尤為突出。永磁有刷直流電機廣泛應用于汽車空調系統鼓風機，其噪聲是空調系統鼓風機主要噪聲源之一。因此，抑制車用永磁有刷直流電機的振動噪聲，對提高汽車舒適性極為重要。
Parente D 等對用于雨刷的永磁直流電機在不修改轉子沖壓和斜槽的情況下，只優化永磁體的形狀來降低齒槽轉矩的峰值從而降低噪聲。Lee S H等針對減小內置式永磁電機的電磁噪聲提出一種基于削弱齒槽轉矩的方法。Tao S等通過優化極槽配合來降低電磁噪聲，實驗發現8極9槽電機比8極12 槽電機噪聲大15 dB(A)。左曙光等分析了不同極槽配合和繞組層數電機最低階徑向力波的階數和來源，并針對槽數相同極數不同電機的最低階徑向力波的幅值進行了比較,發現力波階數小的極槽配合會引起大的振動，而且對于相同槽數的電機，極對數大的電機的振動也更大。
展開 
電機振動噪聲建模分析：ANSYS電機振動噪聲分析
噪聲分析
在 Workbench 的 Analysis System 窗口中，選擇Harmonic Acoustic建立噪聲分析模塊，如下圖所示。
圖9 噪聲分析流程圖
對電機定子建立外流場模型，形狀可以自行定義。然后將諧響應分析的速度分布導入流場模型中定子外表面部分，并設定聲場分析邊界條件，如下所示。
圖10 導入諧響應速度分布
圖11 噪聲分析邊界條件
圖12 SPL分布圖
6. 結論與展望
通過ANSYS Workbench可以方便的分析電機振動噪聲，此外在此基礎上還可以進行多轉速分析以及對電機參數進行優化分析。
文章來源：易仿真
展開 汽車空調箱鼓風機電機振動噪聲控制研究
摘要：永磁有刷直流電機噪聲是汽車空調箱系統主要噪聲源之一，控制其振動噪聲對提高汽車乘坐舒適性尤為重要。首先，針對永磁有刷直流電機建立電磁場二維有限元模型，計算電機的瞬態磁場，分析電磁激振力特性；其次建立電機三維有限元結構模型，計算各階模態頻率，并通過模態實驗驗證有限元模型的準確性；然后將電磁激振力加載到三維結構有限元模型上，計算電機的瞬態動力學響應，發現在600 Hz振動位移最大，并通過電機振動響應實驗驗證了計算結果的準確性。在此基礎上，針對600 Hz 處的振動噪聲提出三種傳遞路徑優化方案:電機橡膠隔振墊結構優化、法蘭盤結構優化、電機安裝方式優化，并通過實驗驗證三種降噪方案的有效性。
隨著人們對汽車質量與舒適性要求越來越高，汽車NVH（Noise，Vibration and Harshness）已成為汽車品質的一個重要指標。對于新能源汽車而言，沒有發動機振動噪聲的掩蓋，汽車空調系統噪聲顯得尤為突出。永磁有刷直流電機廣泛應用于汽車空調系統鼓風機，其噪聲是空調系統鼓風機主要噪聲源之一。因此，抑制車用永磁有刷直流電機的振動噪聲，對提高汽車舒適性極為重要。
Parente D 等對用于雨刷的永磁直流電機在不修改轉子沖壓和斜槽的情況下，只優化永磁體的形狀來降低齒槽轉矩的峰值從而降低噪聲。Lee S H等針對減小內置式永磁電機的電磁噪聲提出一種基于削弱齒槽轉矩的方法。Tao S等通過優化極槽配合來降低電磁噪聲，實驗發現8極9槽電機比8極12 槽電機噪聲大15 dB(A)。左曙光等分析了不同極槽配合和繞組層數電機最低階徑向力波的階數和來源，并針對槽數相同極數不同電機的最低階徑向力波的幅值進行了比較,發現力波階數小的極槽配合會引起大的振動，而且對于相同槽數的電機，極對數大的電機的振動也更大。
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
鑄鐵材質本身具備的阻尼功能，振動傳遞率≤5%，能快衰減電機運行產生的高頻振動，避免平臺自身成為二次振動源，防止振動反射疊加影響測試信號。同時，平臺底部配備專用阻尼減振墊（阻尼比≥0.2），可隔離地面振動、設備共振等外部干擾，將環境振動對測試的影響控制在小范圍，確保振動傳感器采集的信號純度，為后續噪聲振動數據分析提供準原始數據。
在電機NVH測試平臺選型中，需根據電機規格與測試需求準匹配：針對中小型電機（功率≤50kW）的NVH測試，選用00級精度HT250材質平臺即可滿足需求；針對大功率電機（功率＞50kW）或高頻噪聲振動測試場景，需選用QT600材質增強剛性，搭配隔音罩安裝預留結構，進一步優化測試環境。同時，平臺需定期用激光干涉儀復核平面度，避免長期使用導致精度衰減，確保測試數據的一致性與可靠性。
綜上，鑄鐵平臺通過保障測試基準穩定、抑振動干擾、優化測試布置精度，在電機NVH測試中發揮著不可或缺的基礎作用，是提升測試精度、優化測試流程的核心保障。在電機行業對NVH功能要求日益嚴苛的趨勢下，選用適配的鑄鐵平臺搭建電機NVH測試臺，是準評估電機噪聲振動功能、效推進NVH優化的關鍵舉措，對提升電機產品品質與市場競爭力具有重要意義。
展開 電機振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
電動機與發電機等電力設備的噪聲起因很多，有電磁振動噪聲、機械噪聲及流致噪聲等等，本文通過ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細介紹如何將作用在定子上的瞬態電磁力作為結構諧響應分析的載荷計算振動噪聲。
1.電磁模型建立與分析
如圖1所示為一個電機模型，電機的額定輸出功率為550W，額定電壓為220V，極對數為4，定子齒數為24個，轉子的轉速為1500rpm，求電磁振動產生的噪聲大小。
本算例使用的模塊如下：
RMxprt模塊：建立電機類型；
Maxwell模塊：2D瞬態電磁場計算；
Structural 模塊：3D諧響應分析計算；
Acoustics ACT模塊：噪聲計算
注：Acoustics ACT模塊需要單獨安裝，請用戶到官方網站上自行下載。
圖1 電機模型
電機的電路模型如圖2所示。
圖2 電機電路模型
1）啟動Workbench。在Windows XP下單擊“開始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench15命令，即可進入Workbench主界面。
2）保存工程文檔。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存為“zhendongzaosheng.wbpj”，單擊Getting Started窗口右上角的（關閉）按鈕將其關閉。
3）雙擊Toolbox→Analysis System→RMxprt模塊建立項目A，如圖3所示。
4）雙擊項目A中的A1欄進如RMxprt電機設置平臺，如圖4所示。
圖3 RMxprt模塊 圖4 RMxprt平臺
5）依次選擇菜單RMxprt→Machine Type，在彈出的電機類型選擇對話框中單擊Generic Rotating Machine選項，單擊OK按鈕，如圖5所示。
展開 整車電機振動噪聲：某混合動力汽車電機噪聲分析和降噪設計
以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象，針對其開發過程中出現的電機高頻噪聲過大問題，采取正向設計方法進行優化，提升了該電機的NVH性能，其聲品質有大幅提高。研究內容對工程實際具有指導意義。
關鍵詞
：混合動力電動汽車；NVH；電機
0 引言
混合動力電動汽車與傳統汽車相比結構差異較大．傳動系統及其運行模式作了改變。致使整車的振動噪聲與傳統車相比具有新特點，傳動系統在不同模式下表現出不同的NVH問題【I‘]，使得振動噪聲的控制更為復雜。較低的背景噪聲使得原來傳統汽車中被掩蓋的噪聲凸顯出來，電機的高頻電磁噪聲會嚴重降低車內噪聲的聲音品質，同時降低乘坐舒適性。另外。電機的高扭矩和高轉速特性對齒輪系統的高頻嘯叫噪聲控制提出了新挑戰，電動汽車動力總成振動噪聲問題不單單是發動機和變速器的結構噪聲和燃燒噪聲問題．傳動結構的變化導致發動機、電機、齒輪系統之間耦合振動更為復雜。目前針對電動汽車NVH研究的相關文獻較少。振動噪聲設計應該是正向設計而不是逆向設計。振動噪聲問題應該在設計階段就進行杜絕和優化，而不是出廠和售后問題。文中以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象．對其開發過程中電機高頻噪聲過大問題進行正向設計，采取優化措施。提升了該電機的NVH性能。其聲品質有大幅提高，對工程實際有指導意義。
1 問題描述及NVH測試
該車型的動力傳動系由發動機、行星齒輪系統、主電機、電池組、后驅電機組成。樣車在試車階段純電動模式驅動。電機轉速6250r／min時，駕駛室存在高頻電磁噪聲，車內噪聲主觀評價較差，聲品質較差；另外起步階段電機的高頻電磁噪聲同樣較大。該電機為8極48槽(極對數p=4)同步電機，該混合動力汽車的動力傳動系簡圖如圖1所示。
展開 電機振動噪聲建模分析：基于導入DXF轉子模型導入MANATEE的振動噪聲仿真分析
通過導入DXF文件與MANATEE的耦合可以更加方便，更加準確的進行電機電磁振動噪聲的仿真分析，為用戶提供了切實可行的解決方案。
文章來源：天源科技
電機振動噪聲建模分析：基于Motor-CAD的永磁同步電機E-NVH仿真分析（單一工況點噪聲）
目前，新能源汽車電機的噪聲問題變得越來越突出，電機的電磁振動噪聲是設計人員研究的熱點問題，而電磁振動噪聲的激勵源電磁力波至關重要。本文基于Motor-CAD對永磁同步電機進行電磁振動噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機的E-NVH分析提供理論依據，并為永磁同步電機的E-NVH提供優化途徑。
Motor-CAD是全球領先的新能源汽車電機選型分析及設計軟件，用于新能源汽車電機的選型匹配，優化設計，競品分析，拆解分析等。開發至今，已被全球主要的整車生產企業、電機生產商、科研機構及高校等廣泛使用。
Motor-CAD集成化軟件包，可在選型、設計階段高效地對電機進行電磁和熱性能測試；軟件包括：電磁（EMag）、熱（Therm）、機械模塊（Mechanical）和虛擬實驗室（Lab）四個模塊，可在幾分鐘內精確評估電磁、熱和電磁振動噪聲特性。
本例以一臺48S8P永磁同步電機為例，對電機的電磁噪聲進行仿真分析。通過Motor-CAD中的Mechanical模塊對電機E-NVH進行仿真分析，為后續的降噪方案提供思路。下圖所示電機的Motor-CAD模型圖，內置式永磁同步電機，具體的結構參數設置在此不再贅述。
展開 
【NVH】電機的振動噪聲
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。
永磁電機主要模態
電機本體結構優化技術
電機中主磁通大致上沿徑向進入氣隙，并在定子和轉子上產生徑向力，從而引起電磁振動和噪聲。同時，它產生切向力矩和軸向力，引起切向振動和軸向振動。在很多場合，如電機不對稱或單相電機中，所產生的切向振動很大，容易引起與電機相連的部件共振，產生輻射噪聲。為了計算電磁噪聲，并分析和控制這些噪聲，必須知道他們的來源，即產生振動和噪聲的力波。為此，通過氣隙磁場的分析，進行電磁力波的分析。
展開 永磁電機的振動噪聲
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。
永磁電機主要模態
電機本體結構優化技術
電機中主磁通大致上沿徑向進入氣隙，并在定子和轉子上產生徑向力，從而引起電磁振動和噪聲。同時，它產生切向力矩和軸向力，引起切向振動和軸向振動。在很多場合，如電機不對稱或單相電機中，所產生的切向振動很大，容易引起與電機相連的部件共振，產生輻射噪聲。為了計算電磁噪聲，并分析和控制這些噪聲，必須知道他們的來源，即產生振動和噪聲的力波。為此，通過氣隙磁場的分析，進行電磁力波的分析。
假設定子所產生的磁通密度波為
,轉子產生的磁通密度波為
，則它們在氣隙中合成磁通密度波可表示如下：
定、轉子開槽、繞組分布、輸入電流波形畸變、氣隙磁導波動、轉子偏心、相同不平衡等因素均會導致機械變形進而引發振動。
磁動勢的空間諧波、時間諧波、槽諧波、偏心諧波以及磁飽和等均會產生力和轉矩的高次諧波。
尤其是交流電機中的徑向力波，它會同時作用于電機的定子和轉子上并產生磁路畸變。
定子——機座和轉子——外殼結構是電機噪聲的主要輻射源。如果徑向力接近或等于定子——基座系統的固有頻率，則將產生共振，這會導致電機定子系統的形變并產生振動和聲學噪聲。
在大多數情況下，由低頻2f、高階
的徑向力所引起的磁致伸縮噪聲可忽略不計（f為電機的基波頻率，p是電機極對數）。
展開 異步電機的電磁振動和噪聲
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異步電機的振動和噪聲
異步電機之所以得到廣泛應用，主要由于它有如下優點：結構簡單、運行可靠、制造容易、價格低廉、堅固耐用，而且有較高的效率和相當好的工作特性。
異步電機主要的缺點是：目前尚不能經濟地在較大范圍內平滑調速以及它必須從電網吸收滯后的無功功率。電機中，主磁通大致沿著徑向進入氣隙，并在定子和轉子中產生徑向力，從而引起電磁振動和噪聲。同時產生切向力矩和軸向力，引起切向振動和軸向振動。為了計算電機的電磁噪聲，并分析和控制這些噪聲，就應該知道這些噪聲和振動的來源，也就是產生振動和噪聲的力波。
展開 電機缺陷/故障對振動噪聲的影響
圖7 計算流程示意
氣隙采樣路徑及齒面網格示意如下圖8-9所示：
2 理想電機電磁力階次及振動噪聲特性
借助圖7中計算流程，提取氣隙麥克思維壓力得到電磁力空間及頻率階次特征如圖10所示。在此基礎上計算得到噪聲結果如圖11所示。
圖 10 理想電機電磁力階次特征
圖 11 理想電機噪聲計算結果
結合電磁力階次特征及噪聲計算結果，對主要噪聲峰值進行簡要分析：12階~1500Hz處峰值為0階電磁力激勵圓柱二階模態引起的強迫振動；16階~1500Hz處峰值為+4階電磁力激勵圓柱二階模態引起的強迫振動；48階~6000Hz為0階電磁力與圓柱0階模態產生的共振；52階~5200rpm為+4階電磁力與結構4階模態產生的共振。
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