振動噪聲優化的案例
電驅動系統減速器剛柔耦合動力學建模及振動噪聲優化
結合電驅動系統 NVH 特性研究成果可知，驅動電機振動噪聲來源多為徑向電磁力，研究人員經常忽略電磁切向力所造成的影響。即在使用一體化電驅動系統動力學建模分析 NVH 特性展開研究時，研究人員需提高對電驅動系統整體耦合建模的關注度，以提高分析結果權威性與科學性。
1.2 電驅動系統振動噪聲優化
現階段與電驅動系統振動噪聲優化的研究內容主要包括兩方面，分別是電機本體振動噪聲優化與減速器本體振動噪聲優化，具體內容如下：
1. 電驅動系統減速器振動噪聲優化方法：現階段導致電驅動系統減速器或變速器產生較為嚴重的噪聲問題的主要原因有兩種，分別為齒輪嘯叫噪聲與非承載齒輪副出現的齒輪敲擊噪聲。即研究人員應以上述兩方面為切入點展開詳細研究，目前技術人員常用優化方法有三種，分別是 NVH 激勵源、優化傳遞路徑以
及優化殼體響應。
2. 電驅動系統驅動電機振動噪聲優化方法：現階段，驅動電機振動噪聲主要包括三類，分別是電磁噪聲、機械噪聲以及空氣動力噪聲。由于不同噪聲出現原因不同，因此所使用優化方法也存在一定差異。即在實際工作中，技術人員需結合實際情況制定具體優化方案。
2 電驅動系統剛柔耦合動力學建模
2.1 電機及箱體柔性有限元建模
該部分建模工作在整體建模中占有重要地位，所構建有限元模型可以影響計算振動噪聲計算速度與計算結果準確性。通常情況下，在針對此部分內容進行建模時，需要將其劃分為電機殼體、定子、轉子、電磁力施加方式四部分，然后根據具體結構選擇具體建模方式，下面以電驅動系統箱體與電機定子為研究對象，闡述有限元建模方式 [2]。
所使用電驅動系統箱體為“三合一”類型，包括減速器殼體、電機以及控制器殼體三部分，其中電機定子與電驅動系統箱體二者存在連接關系。
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1.2 電驅動系統振動噪聲優化
現階段與電驅動系統振動噪聲優化的研究內容主要包括兩方面，分別是電機本體振動噪聲優化與減速器本體振動噪聲優化，具體內容如下：
1. 電驅動系統減速器振動噪聲優化方法：現階段導致電驅動系統減速器或變速器產生較為嚴重的噪聲問題的主要原因有兩種，分別為齒輪嘯叫噪聲與非承載齒輪副出現的齒輪敲擊噪聲。即研究人員應以上述兩方面為切入點展開詳細研究，目前技術人員常用優化方法有三種，分別是 NVH 激勵源、優化傳遞路徑以
及優化殼體響應。
2. 電驅動系統驅動電機振動噪聲優化方法：現階段，驅動電機振動噪聲主要包括三類，分別是電磁噪聲、機械噪聲以及空氣動力噪聲。由于不同噪聲出現原因不同，因此所使用優化方法也存在一定差異。即在實際工作中，技術人員需結合實際情況制定具體優化方案。
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 
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 變頻空調壓縮機電機的振動噪聲優化研究
論文價值的評定意見：
壓縮機電機振動噪聲對于變頻空調器整機振動噪聲貢獻較大，對于壓縮機電機噪聲的成因分析及其優化策略的研究對于提升空調器振動噪聲品質具有重要的意義。該論文以變頻空調壓縮機電機的振動噪聲優化研究為主題開展相關研究，分析了電機電磁力的成因，應用Maxwell仿真計算工具考察了磁密諧波分布特征，明確了改善振動噪聲的關鍵因素，并通過不同轉子結構下的力密度頻譜及其噪聲頻譜，驗證了所述方法的有效性。論文工作方法運用得當，結論可靠，為變頻空調器振動噪聲優化提供了較好的借鑒。
展開 電動車驅動電機振動噪聲研究綜述
4．2 利用聯合仿真研究電機動態響應
2006年國內外學者利用聯合仿真進行噪聲評估和探討感應電機電磁、聲振特性。采用結構有限元和聲場邊界元聯合仿真，將前期得到的激勵作用于有限元模型進行模態分析，將振動結果作為邊界條件施加在邊界元模型，進行動態響應分析。
5 電機振動噪聲控制優化研究
5．1 基于電磁力引發的振動噪聲優化
在主動控制方面，國外學者研究較多。2002年Robe~等探討了對控制器樣頻的精確控制來減小轉矩波動，2012年Pierre證實了調整電流諧波可以減小電流和振動。2005年-2012年國內學者進一步研究了采用迭代學習控制策略實現諧波轉矩的抑制。
在被動控制方面，國內外已有大量的研究，2009年Jean等通過研究適當地增加齒槽寬度也可降低電磁噪聲。2010年D．C等指出增加繞組數量以及氣隙長度可以減少徑向力波。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。
展開 某純電動汽車驅動系統24階振動噪聲的分析與優化
作者：馬敬丨湖南獵豹汽車股份有限公司
本文分析了純電動汽車驅動系統振動噪聲來源、傳遞路徑及優化路徑，并以某純電動汽車蠕行起步階段驅動系統24階噪聲為研究對象，提出了優化扭矩控制策略方案，有效減弱了蠕行起步階段驅動電機系統24階振動噪聲。
1 純電動汽車驅動系統噪聲來源與優化路徑
動力輸出裝置的電動化使得整車內外的噪聲趨于減小。近些年來，國內外學者已經有大量的研究表明電動汽車驅動電機系統的電磁噪聲是車內外主要的噪聲來源。文獻［1］定性分析了低次徑向力波是引起電磁振動和噪聲的主要來源。文獻［2］從極槽配合與永磁體削角的角度計算分析了更改電機參數對電機電磁噪聲的影響規律。文獻［3］從優化驅動電機定子沖片結構設計、提升槽滿率角度并整車驗證改善了電機本體的振動噪聲。文獻［4］從驅動電機的生產工藝方面入手探討了降低電機振動噪聲的措施。文獻［5］對電動汽車動力總成的振動噪聲的特性進行了研究，將驅動電機放置在系統中同減速器、懸置、傳動軸等作為一個整體研究及解決振動噪聲問題，單單只分析驅動電機、減速器已不再合理。文獻［6］基于振動噪聲傳遞路徑分析，使用對電機及減速器進行聲學包裹的方法實際驗證對改善車內高頻嘯叫有明顯效果。文獻［7］利用解析法和有限元法對變頻器供電時永磁電機的氣隙磁場、電磁激振力和噪聲的主要頻率進行分析得出：永磁電機在變頻器供電時定子的高次時間諧波電流在氣隙磁場中產生頻率與變頻器開關頻率相關的空間氣隙磁場諧波，其振動噪聲頻率主要分布在開關頻率及其倍數附近。
展開 某純電動汽車驅動系統24階振動噪聲的分析與優化
1.2 傳遞路徑
驅動電機振動噪聲的傳播路徑一般分為兩類，如圖1所示，一類是從驅動電機本體機殼、端蓋傳導出來的振動噪聲通過懸置系統傳遞到車身及車內，另一類是通過驅動電機轉子軸系傳遞到傳動軸、懸架系統、車身及車內。
圖1 驅動電機振動噪聲傳播路徑
1.3 優化途徑
純電動汽車驅動電機系統振動噪聲優化一般從以下幾個方面入手：①降低激勵源，中低速時風噪和路噪比較小，車內外噪聲主要來源于驅動電機，降低驅動電機電磁噪聲應從設計階段開始控制。選擇合適的繞組形式，采用雙層繞組可以減弱低次諧波的影響、減少磁勢中諧波成分，合理選擇定轉子齒槽配合，合理選擇氣隙值使氣隙均勻，采用斜槽或者斜極，采用滑動軸承并保持良好的潤滑等。②控制策略，優化控制策略是無需修改驅動電機及車身其他部件結構、緩解驅動電機振動噪聲的最方便快捷的方式。一般從優化IGBT開關頻率、重新標定電流環和轉速環參數、優化油門踏板開度、優化扭矩階躍的強度等途徑緩解驅動電機振動和噪聲。③傳播路徑，電動汽車線束數量多，分布廣，需要較大的空間布線及較大的孔洞走線，對隔音形成較大難度。隔絕噪聲傳播路徑的方法有密封、隔聲和隔振，主要是做好車身鋼板的細縫、孔洞的密封，并使用高效阻尼材料隔絕聲音和振動的傳播。
展開 某純電動汽車驅動系統24階振動噪聲的分析與優化
1.2 傳遞路徑
驅動電機振動噪聲的傳播路徑一般分為兩類，如圖1所示，一類是從驅動電機本體機殼、端蓋傳導出來的振動噪聲通過懸置系統傳遞到車身及車內，另一類是通過驅動電機轉子軸系傳遞到傳動軸、懸架系統、車身及車內。
圖1 驅動電機振動噪聲傳播路徑
1.3 優化途徑
純電動汽車驅動電機系統振動噪聲優化一般從以下幾個方面入手：①降低激勵源，中低速時風噪和路噪比較小，車內外噪聲主要來源于驅動電機，降低驅動電機電磁噪聲應從設計階段開始控制。選擇合適的繞組形式，采用雙層繞組可以減弱低次諧波的影響、減少磁勢中諧波成分，合理選擇定轉子齒槽配合，合理選擇氣隙值使氣隙均勻，采用斜槽或者斜極，采用滑動軸承并保持良好的潤滑等。②控制策略，優化控制策略是無需修改驅動電機及車身其他部件結構、緩解驅動電機振動噪聲的最方便快捷的方式。一般從優化IGBT開關頻率、重新標定電流環和轉速環參數、優化油門踏板開度、優化扭矩階躍的強度等途徑緩解驅動電機振動和噪聲。③傳播路徑，電動汽車線束數量多，分布廣，需要較大的空間布線及較大的孔洞走線，對隔音形成較大難度。隔絕噪聲傳播路徑的方法有密封、隔聲和隔振，主要是做好車身鋼板的細縫、孔洞的密封，并使用高效阻尼材料隔絕聲音和振動的傳播。
展開 電動汽車驅動電機振動噪聲問題分析優化
當司機駕駛電動汽車時，驅動電機在工作過程中產生的電磁噪聲給司機的感受是最直接的。和傳統用內燃機作為動力源的汽車產生的噪聲相比較，電動汽車驅動電機產生的電磁噪聲頻率更高，因此電磁噪聲對車內人員的駕乘體驗有著重大影響，是最主要的噪聲。
（2）機械噪聲。驅動電機在運行過程中的產生機械噪聲，主要是由軸承等結構的摩擦和轉子的動平衡問題造成的。
（3）空氣動力噪聲。驅動電機工作時會產生熱量，因而需要冷卻液和風扇的存在。轉子和風扇在轉動過程中，會影響電機內的氣流變化，因而氣流波動產生響聲進入人耳形成噪聲。另外，由于冷卻液的流動，加重了這種聲音對車內駕乘人員干擾。通過總結，將空氣動力噪聲細分為三類，為后續進行振動噪聲的優化提供理論基礎。
旋轉噪聲。駕駛汽車時，驅動電機由于處于持續工作狀態，需要及時散熱避免產生安全隱患，此時風扇急速運轉，對氣流產生影響，會產生壓力脈動，形成旋轉噪聲。渦流噪聲。由于轉子表面有凸起，當轉子旋轉時，會對氣流形成影響。因為風扇的冷卻作用會造成空氣湍流，同時轉子運動也會形成湍流，這兩者不是同時出現，會形成渦流 [7]。
笛鳴噪聲。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。
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
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 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 【NVH&聲學】純電動汽車常見噪聲振動問題現象描述及優化方法
空調壓縮機噪聲
空調壓縮機是給空調系統冷媒循環提供驅動力的裝置。當車內空調開啟時，空調壓縮機壓縮氣態冷媒為高溫液態，經冷凝器冷卻后通過膨脹閥氣化吸熱，降低蒸發器溫度，在鼓風機作用下為車內提供冷風。該樣車空調壓縮機為渦旋式電動壓縮機[3-4]，布置于驅動電機外側端蓋經懸置隔振。整車定置開啟空調工況，空調壓縮機轉速恒定為2500rpm，工作轉速較高且振動激勵較大，引起車內噪聲大及方向盤振動大。經測試主要貢獻階次為壓縮機基頻41.8Hz。（見表4和圖16優化前）。
整車定置車內空調壓縮機噪聲振動優化方向：
（1）優化控制面板，降低空調壓縮運行轉速；
（2）優化降低空調壓縮機單體運行振動噪聲；空調壓縮機控制面板優化[9]。
對整車空調壓縮機進行1000-3000rpm轉速掃頻測試分析，結果見圖13-14。空調壓縮機在2100rpm時與低速檔冷卻風扇2100rpm偶合，在2000rpm時與方向盤橫向和垂向模態分別為32.6Hz和33.5Hz偶合產生共振拍頻。故優化空調面板控制策略，壓縮機轉速根據車內溫度自適應調節1500-2000rpm，車內溫度穩定后工作轉速約1800rpm，避開了方向盤模態和冷卻風扇基頻。
對空調壓縮機單體進行2500rpm定轉速臺架測試分析，其近場噪聲及殼體振動相對較大，故而在空調壓縮機結構上進行優化[10]：
（1）高壓流道結構優化；
（2）電機轉子動平衡優化；
（3）電機PWM電流正弦波形優化。
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