電機(jī)電磁振動噪聲的案例
永磁同步電機(jī)電磁振動噪聲自動優(yōu)化
1 前言
當(dāng)前新能源汽車電機(jī)電磁振動噪聲，越來越受到電機(jī)開發(fā)人員的關(guān)注。如何快速定位噪聲源，優(yōu)化電機(jī)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(fā)的電機(jī)振動噪聲仿真設(shè)計工具，是全球唯一一款專門應(yīng)用于電機(jī)電磁-振動-噪聲耦合分析設(shè)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(qū)動模塊、電機(jī)電磁模擬模塊、機(jī)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(yōu)化模塊等。能夠快速計算評估電機(jī)從0啟動至上萬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速運行過程的振動噪聲狀態(tài)（20~20000Hz人感官范圍）。
由于電機(jī)電磁振動噪聲機(jī)理復(fù)雜，難于定位，很難找到噪聲源。本文從另外一個角度對電機(jī)的電磁振動噪聲進(jìn)行優(yōu)化。遺傳算法是一種搜索最優(yōu)方案的算法，本文利用遺傳算法，實現(xiàn)電機(jī)的多參數(shù)優(yōu)化電機(jī)電磁振動噪聲。
2 基于MANATEE的電機(jī)電磁振動噪聲優(yōu)化
MANATEE所用遺傳算法為：NSGA2改進(jìn)型遺傳算法。
Step one：在OP_InManatee_prob.m文件中設(shè)置遺傳算法計算參數(shù)
OP_InManatee_prob.m文件
在此文件中主要設(shè)置的參數(shù)為：初始種群數(shù)、進(jìn)化迭代次數(shù)、目標(biāo)函數(shù)文件等。
展開 永磁同步電機(jī)電磁振動噪聲自動優(yōu)化
1 前言
當(dāng)前新能源汽車電機(jī)電磁振動噪聲，越來越受到電機(jī)開發(fā)人員的關(guān)注。如何快速定位噪聲源，優(yōu)化電機(jī)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(fā)的電機(jī)振動噪聲仿真設(shè)計工具，是全球唯一一款專門應(yīng)用于電機(jī)電磁-振動-噪聲耦合分析設(shè)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(qū)動模塊、電機(jī)電磁模擬模塊、機(jī)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(yōu)化模塊等。能夠快速計算評估電機(jī)從0啟動至上萬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速運行過程的振動噪聲狀態(tài)（20~20000Hz人感官范圍）。
由于電機(jī)電磁振動噪聲機(jī)理復(fù)雜，難于定位，很難找到噪聲源。本文從另外一個角度對電機(jī)的電磁振動噪聲進(jìn)行優(yōu)化。遺傳算法是一種搜索最優(yōu)方案的算法，本文利用遺傳算法，實現(xiàn)電機(jī)的多參數(shù)優(yōu)化電機(jī)電磁振動噪聲。
2 基于MANATEE的電機(jī)電磁振動噪聲優(yōu)化
MANATEE所用遺傳算法為：NSGA2改進(jìn)型遺傳算法。
Step one：在OP_InManatee_prob.m文件中設(shè)置遺傳算法計算參數(shù)
OP_InManatee_prob.m文件
在此文件中主要設(shè)置的參數(shù)為：初始種群數(shù)、進(jìn)化迭代次數(shù)、目標(biāo)函數(shù)文件等。
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1 前言
當(dāng)前新能源汽車電機(jī)電磁振動噪聲，越來越受到電機(jī)開發(fā)人員的關(guān)注。如何快速定位噪聲源，優(yōu)化電機(jī)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(fā)的電機(jī)振動噪聲仿真設(shè)計工具，是全球唯一一款專門應(yīng)用于電機(jī)電磁-振動-噪聲耦合分析設(shè)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(qū)動模塊、電機(jī)電磁模擬模塊、機(jī)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(yōu)化模塊等。能夠快速計算評估電機(jī)從0啟動至上萬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速運行過程的振動噪聲狀態(tài)（20~20000Hz人感官范圍）。
由于電機(jī)電磁振動噪聲機(jī)理復(fù)雜，難于定位，很難找到噪聲源。本文從另外一個角度對電機(jī)的電磁振動噪聲進(jìn)行優(yōu)化。遺傳算法是一種搜索最優(yōu)方案的算法，本文利用遺傳算法，實現(xiàn)電機(jī)的多參數(shù)優(yōu)化電機(jī)電磁振動噪聲。
2 基于MANATEE的電機(jī)電磁振動噪聲優(yōu)化
MANATEE所用遺傳算法為：NSGA2改進(jìn)型遺傳算法。
Step one：在OP_InManatee_prob.m文件中設(shè)置遺傳算法計算參數(shù)
OP_InManatee_prob.m文件
在此文件中主要設(shè)置的參數(shù)為：初始種群數(shù)、進(jìn)化迭代次數(shù)、目標(biāo)函數(shù)文件等。
展開 盧素華 等：基于多場耦合的斷條狀態(tài)下感應(yīng)電機(jī)電磁振動噪聲規(guī)律研究
來源：《大電機(jī)技術(shù)》2020年第3期
作者：盧素華1,2,3，陳彬1,2,3，劉思苑1,3，賈武豪3
單位：1.空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)運行節(jié)能國家重點實驗室；2.廣東省制冷設(shè)備節(jié)能環(huán)保技術(shù)企業(yè)重點實驗室；3.珠海格力電器股份有限公司。
摘要：對于電機(jī)的電磁振動噪聲問題，僅通過電磁計算激勵源特性分析較難預(yù)測電機(jī)實際的振動噪聲情況。本文基于電磁場、結(jié)構(gòu)場及聲場的多場耦合分析方法，以YE2-90L-4感應(yīng)電機(jī)為例，結(jié)合電機(jī)結(jié)構(gòu)與實際安裝方式，對斷條狀態(tài)下的電機(jī)電磁激振力、結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)以及電機(jī)周圍聲場聲壓分布進(jìn)行多場聯(lián)合仿真，從而計算出斷條故障對于電機(jī)振動噪聲的影響。最后通過進(jìn)行故障試驗，發(fā)現(xiàn)斷條故障所導(dǎo)致的電機(jī)電磁振動噪聲規(guī)律與仿真結(jié)果較吻合。
0 前言
電機(jī)的振動噪聲以電磁振動噪聲為主。目前國內(nèi)外針對引發(fā)電磁噪聲的電磁力計算已做了大量研究工作，基本確定了電磁力的特征計算方法。
展開 
電機(jī)振動噪聲建模分析：基于Motor-CAD的永磁同步電機(jī)E-NVH仿真分析（單一工況點噪聲）
目前，新能源汽車電機(jī)的噪聲問題變得越來越突出，電機(jī)的電磁振動噪聲是設(shè)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(guān)重要。本文基于Motor-CAD對永磁同步電機(jī)進(jìn)行電磁振動噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機(jī)的E-NVH分析提供理論依據(jù)，并為永磁同步電機(jī)的E-NVH提供優(yōu)化途徑。
Motor-CAD是全球領(lǐng)先的新能源汽車電機(jī)選型分析及設(shè)計軟件，用于新能源汽車電機(jī)的選型匹配，優(yōu)化設(shè)計，競品分析，拆解分析等。開發(fā)至今，已被全球主要的整車生產(chǎn)企業(yè)、電機(jī)生產(chǎn)商、科研機(jī)構(gòu)及高校等廣泛使用。
Motor-CAD集成化軟件包，可在選型、設(shè)計階段高效地對電機(jī)進(jìn)行電磁和熱性能測試；軟件包括：電磁（EMag）、熱（Therm）、機(jī)械模塊（Mechanical）和虛擬實驗室（Lab）四個模塊，可在幾分鐘內(nèi)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(jī)為例，對電機(jī)的電磁噪聲進(jìn)行仿真分析。通過Motor-CAD中的Mechanical模塊對電機(jī)E-NVH進(jìn)行仿真分析，為后續(xù)的降噪方案提供思路。下圖所示電機(jī)的Motor-CAD模型圖，內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置在此不再贅述。
展開 商用電動車用永磁同步電機(jī)電磁振動噪聲削弱方法
摘要
電磁振動噪聲是電機(jī)振動噪聲的主要噪聲源，直接影響電機(jī)的NVH特性，而電磁力是影響電磁振動噪聲的主要原因。本文基于解析推導(dǎo)法和Ansys多物理仿真平臺，針對一臺250 kW的商用電動車用永磁同步電機(jī)進(jìn)行研究并對其電磁振動進(jìn)行了分析，指岀電機(jī)氣隙磁密的變化將會影響電機(jī)定子齒受到的電磁力，從而影響電磁振動噪聲。本文提岀了一種通過在轉(zhuǎn)子表面增加凹口的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案以削弱電磁振動噪聲，并對改進(jìn)前后電機(jī)的電磁、模態(tài)、振動、噪聲進(jìn)行仿真計算與對比分析。經(jīng)過對比優(yōu)化前后的分析結(jié)果可知，優(yōu)化后的電機(jī)方案在保證平均轉(zhuǎn)矩基本不變的前提下，轉(zhuǎn)矩脈動得到降低，電磁振動噪聲得到削弱。
關(guān)鍵詞
模態(tài)分析；電磁振動及噪聲；NVH；電磁激振力；永磁同步電機(jī)
0 引言
自2020年9月國家明確提出“雙碳”目標(biāo)以來, 各行各業(yè)都面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，其中電動化是節(jié)能減排的主要途徑，新能源行業(yè)、電動汽車產(chǎn)業(yè)是碳達(dá)峰及碳中和的主力軍[1]%而隨著駕駛員及乘客對駕駛、乘坐舒適度、噪音水平的需求的日漸趨升,噪聲、振動與聲振粗糙度即NVH指標(biāo)成為各大零部件提供商和汽車制造商最關(guān)注的問題之一。與傳統(tǒng)燃油車不同，電機(jī)代替內(nèi)燃機(jī)為電動汽車提供動力， 所以對電動汽車振動噪聲的研究應(yīng)該圍繞電機(jī)展開。永磁同步電動機(jī)（PMSM）具有結(jié)構(gòu)較為簡單、體積和重量較小、電機(jī)損耗較小、功率因數(shù)和效率高等優(yōu)點，因此，PMSM作為驅(qū)動系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于新能源電動汽車領(lǐng)域[2]。
電機(jī)的振動和噪聲主要有三個來源：電磁振動和噪聲、機(jī)械振動和噪聲以及空氣噪聲。空氣噪聲在無風(fēng)扇和低轉(zhuǎn)速下，其噪音分貝值較小，一般情況下可以忽略。同時，隨著近年來材料加工和工藝領(lǐng)域和的不斷進(jìn)步，機(jī)械振動及其產(chǎn)生的噪聲也可以排除掉，因此如何減小電磁振動是削弱電機(jī)振動的重中之重。
展開 從電磁力波到噪聲：工程師如何"扼殺"電機(jī)的刺耳聲音？
電機(jī)電磁噪聲產(chǎn)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(chǎn)生切向力矩外，還會相互作用產(chǎn)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(dǎo)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(chǎn)生電磁噪聲。
當(dāng)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(tài)，該電磁力波會引起定子或者定子鐵心共振，從而導(dǎo)致高的電磁噪聲。
解決電磁噪聲問題，首先要準(zhǔn)確分析和計算電磁力波。通過修改電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)，削弱或者消除引起電磁噪聲的電磁力波是設(shè)計低噪聲電機(jī)最有效的方法。
iEmSim中“電磁穩(wěn)態(tài)(網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)表格、理論解析式說明表單、結(jié)論表單、動畫等。
氣隙徑向磁力以圖形展現(xiàn)如圖1至圖8所示。
氣隙徑向力波以文表形式展現(xiàn)如圖9、圖10和圖11所示。圖9和圖10中一行數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(shù)據(jù)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(yīng)關(guān)系，B(n)代表磁密諧波，n為該磁密諧波在磁密諧波數(shù)據(jù)表格中的序號。通過如圖9、圖10和圖11所示的數(shù)據(jù)可以查找分析出電磁力波產(chǎn)生所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運行工況條件，修改結(jié)構(gòu)參數(shù)，比如定子槽數(shù)、轉(zhuǎn)子槽數(shù)等，可以削弱或者消除某些電磁力波。
iEmSim幫助文檔中對電機(jī)電磁振動噪聲分析基本準(zhǔn)則有詳細(xì)總結(jié)和闡述。
展開 電機(jī)振動噪聲建模分析：基于導(dǎo)入DXF轉(zhuǎn)子模型導(dǎo)入MANATEE的振動噪聲仿真分析
通過導(dǎo)入DXF文件與MANATEE的耦合可以更加方便，更加準(zhǔn)確的進(jìn)行電機(jī)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
車用永磁同步電機(jī)的電磁噪聲分析與抑制
摘要
：電機(jī)模態(tài)的準(zhǔn)確分析是實現(xiàn)電機(jī)低噪聲驅(qū)動設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)電機(jī)模態(tài)頻率與對應(yīng)階次徑向電磁力波頻率接近時，會產(chǎn)生共振。以一臺6極36槽的70 kW商務(wù)車主驅(qū)動永磁同步電機(jī)(PMSM)為研究對象,對比分析轉(zhuǎn)子開輔助槽和針對一階齒諧波的轉(zhuǎn)子分段斜極方法對電磁力波的影響。采用轉(zhuǎn)子開輔助槽和轉(zhuǎn)子分段斜極的優(yōu)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(jī)三維有限元模態(tài)仿真模型，分析電機(jī)結(jié)構(gòu)部件對模態(tài)的影響，結(jié)合常用車載驅(qū)動電機(jī)的安裝固定方式對外殼進(jìn)行約束,分析不同約束方式下電機(jī)的模態(tài)特性。結(jié)果表明，在峰值功率8 000 r/min的工況下，優(yōu)化設(shè)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(yuǎn)離電機(jī)模態(tài)的固有頻率，因此不會發(fā)生共振，降低了電磁噪聲。
關(guān)鍵詞
：電磁力波;模態(tài);輔助槽;斜極;永磁同步電機(jī)
0引言
電機(jī)的結(jié)構(gòu)噪聲是電機(jī)結(jié)構(gòu)受到激振源激勵而產(chǎn)生的，主要來源有機(jī)械振動和電磁振動⑴。機(jī)械振動由軸承摩擦或轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)上的電磁力波引起，是引起車用永磁同步電機(jī)(PMSM)噪聲的重要因素。
19世紀(jì)20年代初,Fritze首次提出電機(jī)電磁噪聲主要由定、轉(zhuǎn)子之間的徑向電磁力產(chǎn)生⑵。文獻(xiàn)［3］是較早分析PMSM電磁噪聲激振源的文章，將激振源歸為轉(zhuǎn)矩波動和定、轉(zhuǎn)子之間的徑向電磁力波,發(fā)現(xiàn)電機(jī)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(guān)聯(lián)性。文獻(xiàn)［4］全面闡述了車用電機(jī)振動與噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，從理論層面深入分析電機(jī)電磁噪聲的來源,揭示了電磁噪聲和電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)以及控制參數(shù)之間的關(guān)系。
展開 非晶合金永磁電機(jī)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(jié)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(jī)振動性能的影響，研究表明彈性模量較低是非晶電機(jī)振動性能不如傳統(tǒng)硅鋼電機(jī)的主要原因；鐘星鳴等研究了非晶變壓器的振動性能，結(jié)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(wěn)固非晶變壓器以降低噪聲；
2010年，日立公司研發(fā)出了一款卷繞非晶定子鐵芯電機(jī)，其鐵芯由多個非晶模塊組合而成，該結(jié)構(gòu)改善了振動噪聲卻增大了渦流損耗，降低了電機(jī)效率；楊浩東等通過有限元方法計算了永磁電機(jī)的電磁力波，分析了電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對電磁振動的影響，提出了采用增大極弧角度、增大隔磁橋?qū)挾取⒉捎么艠O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?qū)ΨQ的電機(jī)可以采用２Ｄ有限元計算并達(dá)到較高的精度。
目前，電機(jī)的振動噪聲研究主要有以下幾個方面:研究電機(jī)的固有頻率和振動模態(tài)以避免共振的發(fā)生，計算電機(jī)的電磁力波，研究電磁力波引起的電機(jī)的諧響應(yīng)，研究磁致伸縮引起的電磁振動，研究加工工藝對電機(jī)振動噪聲的影響等。有關(guān)非晶電機(jī)電磁振動的研究相對較少。
展開 電機(jī)振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機(jī)電磁噪聲仿真分析
電動機(jī)與發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備的噪聲起因很多，有電磁振動噪聲、機(jī)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(xì)介紹如何將作用在定子上的瞬態(tài)電磁力作為結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)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(jī)模型，電機(jī)的額定輸出功率為550W，額定電壓為220V，極對數(shù)為4，定子齒數(shù)為24個，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為1500rpm，求電磁振動產(chǎn)生的噪聲大小。
本算例使用的模塊如下：
RMxprt模塊：建立電機(jī)類型；
Maxwell模塊：2D瞬態(tài)電磁場計算；
Structural 模塊：3D諧響應(yīng)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(wǎng)站上自行下載。
圖1 電機(jī)模型
電機(jī)的電路模型如圖2所示。
圖2 電機(jī)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(jìn)入Workbench主界面。
2）保存工程文檔。進(jìn)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(guān)閉）按鈕將其關(guān)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(jìn)如RMxprt電機(jī)設(shè)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(jī)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 
異步電機(jī)的電磁振動和噪聲
由于電機(jī)的電磁振動是電機(jī)電磁場和電機(jī)結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)果，那么利用磁-固耦合振動理論來研究電機(jī)的電磁振動是尋找電機(jī)電磁振動產(chǎn)生機(jī)理以及解決電機(jī)電磁振動最有效的方法。由于電磁力是電機(jī)電磁振動的激勵源，其計算的精度決定了電機(jī)電磁振動的計算精度， 所以目前在電機(jī)電磁振動的研究中大多采用數(shù)值分析法來計算電機(jī)的電磁力。
ANSYS電機(jī)電磁-熱-結(jié)構(gòu)振動-噪聲耦合分析應(yīng)用
在電機(jī)結(jié)構(gòu)振動噪聲計算分析中，主要包含以下幾個部分：
動力學(xué)分析
：包括模態(tài)分析，諧響應(yīng)分析，轉(zhuǎn)子振動分析，轉(zhuǎn)子、定子、機(jī)座耦合振動分析，定子及底座振動分析，共振、臨界轉(zhuǎn)速分析，瞬態(tài)響應(yīng)特性。
展開 基于Motor-CAD和MANATEE的新能源汽車驅(qū)動電機(jī)多物理域聯(lián)合仿真計算
1 前言
新能源汽車電機(jī)集成度越來越高，對電機(jī)的功率密度、轉(zhuǎn)矩密度提出了更高的要求。電機(jī)的熱性能趨于極限設(shè)計，為了充分發(fā)揮電機(jī)的電磁性能必須將永磁體的利用率達(dá)到最大，因此對于電機(jī)的設(shè)計必須將電機(jī)的電磁、熱以及轉(zhuǎn)子應(yīng)力進(jìn)行耦合分析。并且目前，新能源汽車電機(jī)的噪聲問題變得越來越突出，電機(jī)的電磁振動噪聲是設(shè)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(guān)重要。
Motor-CAD軟件提供了電機(jī)的電磁、熱以及機(jī)械應(yīng)力分析平臺，可以方便設(shè)計人員進(jìn)行耦合分析。因此熟悉電機(jī)的電磁、熱以及機(jī)械應(yīng)力耦合分析流程至關(guān)重要，并可通過Motor-CAD實現(xiàn)，與MANATEE聯(lián)合仿真即可完成電機(jī)的電磁振動噪聲計算分析。
下圖所示為Motor-CAD軟件為電機(jī)設(shè)計工程師提供的電磁、熱、機(jī)械應(yīng)力以及電磁振動噪聲計算分析耦合方式。
電機(jī)電磁、熱、機(jī)械耦合方式
電磁性能是電機(jī)最重要的性能也是必須要實現(xiàn)的，但是電機(jī)電磁性能的實現(xiàn)，需要建立在穩(wěn)定的熱性能以及轉(zhuǎn)子機(jī)械應(yīng)力性能的基礎(chǔ)上。因此進(jìn)行電機(jī)多物理域仿真分析時必須以電機(jī)的電磁性能為主，然后校核電機(jī)熱性能以及轉(zhuǎn)子機(jī)械應(yīng)力不斷反復(fù)迭代優(yōu)化電機(jī)。在電機(jī)電磁性能設(shè)計完成后應(yīng)對電機(jī)的電磁振動噪聲進(jìn)行分析評估，并給出優(yōu)化方向。Motor-CAD軟件與MANATEE軟件聯(lián)合仿真即可實現(xiàn)電機(jī)的電磁振動噪聲計算與分析。
本文對電機(jī)的電磁性能設(shè)計、熱設(shè)計、轉(zhuǎn)子機(jī)械應(yīng)力以及電磁振動噪聲的詳細(xì)設(shè)計不做詳述僅對四者之間的銜接關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)介紹。
本文以一臺150kW新能源驅(qū)動電機(jī)為例，分析電機(jī)的電磁、熱、機(jī)械應(yīng)力以及電磁振動噪聲性能。
2 電磁分析
在進(jìn)行電磁分析之前，先建立電機(jī)的結(jié)構(gòu)模型、選擇并設(shè)置電機(jī)的材料屬性、定電機(jī)初始溫度并確定電機(jī)的求解條件。
展開 異步電機(jī)的電磁振動和噪聲簡述
電磁振動：是由電機(jī)氣隙中磁場的相互作用，在轉(zhuǎn)子和定子上產(chǎn)生隨時間和空間變化的電磁力，使電機(jī)產(chǎn)生振動。
機(jī)械振動：是由轉(zhuǎn)子的不平衡、軸承等機(jī)械結(jié)構(gòu)或裝置引起的振動。
氣體振動：是由電機(jī)通風(fēng)部件中的空氣流動或由空氣動力引起的振動。
電磁振動是許多大中型電機(jī)的主要振動源。由于電機(jī)的電磁振動是電機(jī)電磁場和電機(jī)結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)果，那么利用磁-固耦合振動理論來研究電機(jī)的電磁振動是尋找電機(jī)電磁振動產(chǎn)生機(jī)理以及解決電機(jī)電磁振動最有效的方法。由于電磁力是電機(jī)電磁振動的激勵源，其計算的精度決定了電機(jī)電磁振動的計算精度， 所以目前在電機(jī)電磁振動的研究中大多采用數(shù)值分析法來計算電機(jī)的電磁力。
ANSYS電機(jī)電磁-熱-結(jié)構(gòu)振動-噪聲耦合分析應(yīng)用
在電機(jī)結(jié)構(gòu)振動噪聲計算分析中，主要包含以下幾個部分：
動力學(xué)分析：包括模態(tài)分析，諧響應(yīng)分析，轉(zhuǎn)子振動分析，轉(zhuǎn)子、定子、機(jī)座耦合振動分析，定子及底座振動分析，共振、臨界轉(zhuǎn)速分析，瞬態(tài)響應(yīng)特性。
噪聲分析：由電機(jī)振動引起的振動噪聲、電機(jī)風(fēng)扇引起的氣動噪聲等。
多物理場耦合分析：電機(jī)電磁、熱、流體、結(jié)構(gòu)相互作用。
將有限元分析軟件應(yīng)用到電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計中，使對于電機(jī)機(jī)械的計算結(jié)果更準(zhǔn)確，直觀。對于復(fù)雜的電機(jī)結(jié)構(gòu)，及多變的載荷形式，計算結(jié)果比傳統(tǒng)計算手段準(zhǔn)確得多。
異步電機(jī)的力波分析小結(jié)
異步電機(jī)振動第一部分振動頻率主要的是2f1（二倍電源頻率）的振動，主要由氣隙磁場的基波產(chǎn)生；第二部分振動頻率是定子和轉(zhuǎn)子齒諧波相互作用的力波，他們是電磁振動噪聲的主要分量。
展開 【NVH】電機(jī)的振動噪聲
電機(jī)的振動噪聲
來源：電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用
定子電磁力影響研究
電機(jī)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(yīng)激振力引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)及聲輻射，以下對引起噪聲的定子電磁力的解析表達(dá)及相應(yīng)的振動和聲輻射的研究情況進(jìn)行綜述。
英國謝菲爾德大學(xué)的Z.Q.Zhu教授等運用解析法對永磁電機(jī)定子電磁力及其噪聲進(jìn)行研究，對永磁無刷電機(jī)電磁力進(jìn)行理論研究，對10 極 9 槽的永磁無刷直流電機(jī)的振動噪聲進(jìn)行研究，理論上研究了電磁力與定子齒寬間的關(guān)系，同時分析了轉(zhuǎn)矩脈動與振動噪聲優(yōu)化結(jié)果間的關(guān)系。
沈陽工業(yè)大學(xué)的唐任遠(yuǎn)教授、宋志環(huán)提供了完整的解析方法研究永磁電機(jī)內(nèi)的電磁力及其諧波，為進(jìn)一步的永磁電機(jī)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(jī)進(jìn)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(jìn)行研究，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動的原因進(jìn)行分析，其次運用有限元對轉(zhuǎn)矩脈動進(jìn)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(zhuǎn)矩脈動，以及氣隙長度、極弧系數(shù)、削角、槽口寬度等對轉(zhuǎn)矩脈動的影響。
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