電磁振動噪聲優化的案例
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。
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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 商用電動車用永磁同步電機電磁振動噪聲削弱方法
摘要
電磁振動噪聲是電機振動噪聲的主要噪聲源，直接影響電機的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進行研究并對其電磁振動進行了分析，指岀電機氣隙磁密的變化將會影響電機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子表面增加凹口的轉子結構改進方案以削弱電磁振動噪聲，并對改進前后電機的電磁、模態、振動、噪聲進行仿真計算與對比分析。經過對比優化前后的分析結果可知，優化后的電機方案在保證平均轉矩基本不變的前提下，轉矩脈動得到降低，電磁振動噪聲得到削弱。
關鍵詞
模態分析；電磁振動及噪聲；NVH；電磁激振力；永磁同步電機
0 引言
自2020年9月國家明確提出“雙碳”目標以來, 各行各業都面臨新的機遇和挑戰，其中電動化是節能減排的主要途徑，新能源行業、電動汽車產業是碳達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指標成為各大零部件提供商和汽車制造商最關注的問題之一。與傳統燃油車不同，電機代替內燃機為電動汽車提供動力， 所以對電動汽車振動噪聲的研究應該圍繞電機展開。永磁同步電動機（PMSM）具有結構較為簡單、體積和重量較小、電機損耗較小、功率因數和效率高等優點，因此，PMSM作為驅動系統被廣泛應用于新能源電動汽車領域[2]。
電機的振動和噪聲主要有三個來源：電磁振動和噪聲、機械振動和噪聲以及空氣噪聲。空氣噪聲在無風扇和低轉速下，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域和的不斷進步，機械振動及其產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振動的重中之重。
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 異步電機的電磁振動和噪聲
由于電磁力是電機電磁振動的激勵源，其計算的精度決定了電機電磁振動的計算精度， 所以目前在電機電磁振動的研究中大多采用數值分析法來計算電機的電磁力。
ANSYS電機電磁-熱-結構振動-噪聲耦合分析應用
在電機結構振動噪聲計算分析中，主要包含以下幾個部分：
動力學分析
：包括模態分析，諧響應分析，轉子振動分析，轉子、定子、機座耦合振動分析，定子及底座振動分析，共振、臨界轉速分析，瞬態響應特性。
噪聲分析
：由電機振動引起的振動噪聲、電機風扇引起的氣動噪聲等。
展開 電磁結構耦合振動與噪聲專題培訓
課程名稱：電磁結構耦合振動與噪聲專題培訓
預排開課日期：5/30-5/31
課程難度：基礎級
培訓費：4500
備注：實際開課日期或因學員報名情況進行調整，最終日期請以笛佼科技官方確認為準。
掃碼報名
學員能力提升目標
? 理解掌握振動噪聲的基本概念；
? 理解電磁噪聲的產生機理和主要影響因素；
? 掌握電機電磁建模和仿真的基本流程；
? 理解結構噪聲的基本概念，電機結構噪聲常見類型；
? 掌握電機電磁結構耦合噪聲的建模和仿真的基本流程；
? 理解掌握振動噪聲的測試方法及操作步驟、熟悉振動噪聲分析思路。
授課內容提綱
師資力量
CAE行業資深工程師團隊，學歷碩博為主，均擁有多年客戶仿真項目實操經驗，理論素養與實戰經驗雙保險。
培訓優勢
采用線下小班精講形式，理論知識+案例講解+上機輔導，附贈培訓相關資料，可獲取講師微信課后交流。
上課地址
上海市楊浦區國安路432號保輝國際大廈D座802室
其他說明
1. 培訓計算機及相關軟件操作權限由笛佼科技現場提供；
2. 培訓結束后將獲取笛佼科技官方培訓證書；
3. 培訓午餐由笛佼科技提供，交通及住宿需學員自理。
展開 非晶合金永磁電機的電磁振動噪聲計算與分析
然而其磁致伸縮系數遠大于硅鋼片，使得其不能被過分壓緊，且厚度極薄、脆性大，嚴重影響電機的電磁振動噪聲。因此，非晶合金電機的研究需關注其振動噪聲。
1978年，美國通用電氣公司首次申請了非晶定子鐵芯的專利。國內外研究表明:電磁力波作用于定子部分是引起電機振動的主要原因，磁致伸縮引起的電機振動較小；轉子部分的剛度通常較大，引起的振動噪聲相對較小，電機振動的研究中通常只關注氣隙中產生的電磁力波對定子部分和底座的影響。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。
展開 異步電機的電磁振動和噪聲簡述
電磁振動：是由電機氣隙中磁場的相互作用，在轉子和定子上產生隨時間和空間變化的電磁力，使電機產生振動。
機械振動：是由轉子的不平衡、軸承等機械結構或裝置引起的振動。
氣體振動：是由電機通風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的主要振動源。由于電機的電磁振動是電機電磁場和電機結構相互作用的結果，那么利用磁-固耦合振動理論來研究電機的電磁振動是尋找電機電磁振動產生機理以及解決電機電磁振動最有效的方法。由于電磁力是電機電磁振動的激勵源，其計算的精度決定了電機電磁振動的計算精度， 所以目前在電機電磁振動的研究中大多采用數值分析法來計算電機的電磁力。
ANSYS電機電磁-熱-結構振動-噪聲耦合分析應用
在電機結構振動噪聲計算分析中，主要包含以下幾個部分：
動力學分析：包括模態分析，諧響應分析，轉子振動分析，轉子、定子、機座耦合振動分析，定子及底座振動分析，共振、臨界轉速分析，瞬態響應特性。
噪聲分析：由電機振動引起的振動噪聲、電機風扇引起的氣動噪聲等。
多物理場耦合分析：電機電磁、熱、流體、結構相互作用。
將有限元分析軟件應用到電機結構設計中，使對于電機機械的計算結果更準確，直觀。對于復雜的電機結構，及多變的載荷形式，計算結果比傳統計算手段準確得多。
異步電機的力波分析小結
異步電機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生；第二部分振動頻率是定子和轉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 如何找出電機電磁振動與噪聲的根源問題
磁導的分析對于優化槽開口和斜極降噪分析非常重要。
階次分析
MANATEE能夠對噪聲瀑布圖進行直接的階數分解，可直接分解為某階電磁力產生的噪聲強度，評估不同階電磁力對噪聲的貢獻度，如下圖所示：
噪聲瀑布圖的電磁力階次分解
磁密諧波對噪聲貢獻的識別
MANATEE能夠定位識別影響電磁力的定轉子磁導和磁動勢諧波，進而為電機電磁力、電磁噪聲的優化設計提供依據。
切向電磁力對電動車動力總成振動噪聲的影響分析
摘要:為了研究電動車的高頻電磁噪聲問題，以電動車動力總成為研究對象，綜合考慮電機電磁徑向電磁力波和切向電磁力波，建立了動力總成有限元分析模型，采用一種弱磁－固耦合的方法對動力總成的電磁振動噪聲特性進行分析，研究切向電磁力對系統振動噪聲特性的影響。在半消聲室中，對動力總成進行振動加速度及輻射噪聲測試，以驗證仿真分析方法的準確性。研究結果表明，電機與減速器集成后，切向電磁力對電機振動噪聲影響不大，但對減速器產生了不可忽略的影響，在2000Hz和2400Hz處，切向電磁力在減速器表面產生了明顯的振動，并且對減速器表面2000Hz～2400Hz范圍內的聲場貢獻較大。研究結果對電機的電磁參數和結構進行改進和優化設計，為降低電機的電磁振動提供理論依據和試驗支持。
0 引言
隨著世界各國大力推廣新能源汽車，國內外學者也開始研究電動車用永磁同步電機的振動噪聲特性振動特性，研究發現噪音和振動的根源是徑向力引起的電磁振動。此外，在進行電磁仿真分析時，通常施加理想的三相正弦電流，沒有考慮外電路電阻、電感等元件的影響; 隨著研究的深入，有學者發現:針對電機－
減速器集成驅動系統而言，由于電機與減速器存在耦合作用，因此有必要考慮電磁切向力波。
B．Prasanth 針對車用發電機嘯叫進行研究，發現電機嘯叫不僅與其自身有關，還與與其連接的機械構件有關。
通過改變連接方式、增加質量塊等方式提高了電機的噪聲品質。
P．Pellerey 等人分析了電磁切向力對電動車動力總成動態響應的影響，提出切向電磁力不會對電磁噪聲有較大貢獻，但是會對減速器動態特性產生影響。
本文以集中驅動式電動車動力總成為研究對象，考慮外電路的影響，建立場路耦合電磁仿真分析模型，得到徑向和切向電磁力。分析切向電磁力對系統振動噪聲特性的影響。
展開 
PPT|新能源汽車電機的電磁振動噪聲案例分析
PPT|新能源汽車電機的電磁振動噪聲案例分析
新能源驅動電機電磁、磁熱、振動、噪聲多場耦合
宏新環宇信息化咨詢中心
宏新環宇【2018】第（27）號
“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
一、課程背景：
永磁驅動電機是新能源汽車行駛中的主要執行結構，驅動電機及其控制系統是新能源汽車的核心部件之一，其驅動特性決定了汽車行駛的主要性能指標，它是電動汽車的重要部件。電動汽車對驅動電動機主要有起動轉矩要大、恒功率區寬、調速范圍大、效率要高、能量回收率要高、尺寸要小、可靠性高等要求；同時需要電機要小型化、更安全可靠、更高效，成本要降低。因為永磁同步電動機功率密度大、調速性能好、體積更小，效率更高等特點，從而現下新能源汽車使用永磁同步電動機作為驅動電機最多。
我們知道電機內存在多種不同類型的多場耦合系統，涉及電磁、機械、電子、流體、熱場等多個學科相互影響。需要運行多場耦合系統，進行精確仿真，弄清各場的分布規律及其控制技術，在此基礎上對各種參數進行綜合分析比較和優化，這是新的電機研究方向。對現下電機設計工程師們提出更高的要求，原先的理論公式計算加經驗修正已經滿足不了當下的競爭需求，電機工程師們不僅僅需要理論分析能力，還得掌握仿真技能進行電機的電磁場、熱場、振動噪聲等性能分析，這可以說是新一代電機工程師必備技能。
利用Maxwell原理的有限元仿真軟件是工業界領先的電磁仿真軟件，能滿足電機工程師的仿真設計需求，提升高品質電機設計能力；電磁仿真軟件已集成到先進的仿真平臺WB中，WB獨特的項目圖形化界面把整個仿真過程緊密結合在一起，完成復雜的多物理場耦合分析，通過電磁場與電場、電磁場與熱場和電磁場與結構等物理場相互耦合分析驅動電機，得到其電磁場、熱場、振動等結果。為此宏新環宇信息化咨詢中心（http://hxhycae.com）特舉辦“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。
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
摘要：對于電機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測電機實際的振動噪聲情況。本文基于電磁場、結構場及聲場的多場耦合分析方法，以YE2-90L-4感應電機為例，結合電機結構與實際安裝方式，對斷條狀態下的電機電磁激振力、結構振動響應以及電機周圍聲場聲壓分布進行多場聯合仿真，從而計算出斷條故障對于電機振動噪聲的影響。最后通過進行故障試驗，發現斷條故障所導致的電機電磁振動噪聲規律與仿真結果較吻合。
0 前言
電機的振動噪聲以電磁振動噪聲為主。目前國內外針對引發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。振動噪聲是激勵源與結構的傳遞函數之間相互耦合作用的結果，激勵源與響應（振動噪聲）之間并不呈線性關系。實際電機結構較為復雜，而電機電磁力特征計算方法的確定僅確定了激勵源的特征，沒有結合電機的結構傳遞函數進行分析，并不能準確地確定實際情況下電機結構響應。
除了設計方面的影響，電機在運行過程中，一些特定故障的產生，如偏心、斷條等，也會增大電磁振動及噪聲的幅值或使電磁噪聲的聽感變差。
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。
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