電磁噪聲的案例
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(shí)現(xiàn)電機(jī)低噪聲驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)電機(jī)模態(tài)頻率與對(duì)應(yīng)階次徑向電磁力波頻率接近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振。以一臺(tái)6極36槽的70 kW商務(wù)車主驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)(PMSM)為研究對(duì)象,對(duì)比分析轉(zhuǎn)子開(kāi)輔助槽和針對(duì)一階齒諧波的轉(zhuǎn)子分段斜極方法對(duì)電磁力波的影響。采用轉(zhuǎn)子開(kāi)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(duì)模態(tài)的影響，結(jié)合常用車載驅(qū)動(dòng)電機(jī)的安裝固定方式對(duì)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(jì)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(huì)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(lì)而產(chǎn)生的，主要來(lái)源有機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)⑴。機(jī)械振動(dòng)由軸承摩擦或轉(zhuǎn)子不平衡等因素引起， 可以通過(guò)采用低噪聲軸承、提高加工工藝和裝配精度等措施來(lái)改善；電磁振動(dòng)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(dòng)和定、轉(zhuǎn)子之間的徑向電磁力波,發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)噪聲的頻率特征與上述激振源的頻率特征有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。文獻(xiàn)［4］全面闡述了車用電機(jī)振動(dòng)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(lái)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(kāi) 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(chǎng)，它們除產(chǎn)生切向力矩外，還會(huì)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(dòng)，定子徑向振動(dòng)引起周圍空氣振動(dòng)，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(huì)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(wèn)題，首先要準(zhǔn)確分析和計(jì)算電磁力波。通過(guò)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(jì)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(jì)算電磁力及其諧波，電磁力顯示形式包括：空間圖、時(shí)空?qǐng)D、頻域圖、曲線圖、云圖、柱狀圖、數(shù)據(jù)表格、理論解析式說(shuō)明表單、結(jié)論表單、動(dòng)畫(huà)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(gè)氣隙磁力密度諧波，圖9中每個(gè)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(gè)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(duì)的對(duì)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(hào)。通過(guò)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(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)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(duì)電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲分析基本準(zhǔn)則有詳細(xì)總結(jié)和闡述。
展開(kāi) 商用電動(dòng)車用永磁同步電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲削弱方法
摘要
電磁振動(dòng)噪聲是電機(jī)振動(dòng)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(dòng)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(tái)，針對(duì)一臺(tái)250 kW的商用電動(dòng)車用永磁同步電機(jī)進(jìn)行研究并對(duì)其電磁振動(dòng)進(jìn)行了分析，指岀電機(jī)氣隙磁密的變化將會(huì)影響電機(jī)定子齒受到的電磁力，從而影響電磁振動(dòng)噪聲。本文提岀了一種通過(guò)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(dòng)噪聲，并對(duì)改進(jìn)前后電機(jī)的電磁、模態(tài)、振動(dòng)、噪聲進(jìn)行仿真計(jì)算與對(duì)比分析。經(jīng)過(guò)對(duì)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(dòng)得到降低，電磁振動(dòng)噪聲得到削弱。
關(guān)鍵詞
模態(tài)分析；電磁振動(dòng)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(guó)家明確提出“雙碳”目標(biāo)以來(lái), 各行各業(yè)都面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，其中電動(dòng)化是節(jié)能減排的主要途徑，新能源行業(yè)、電動(dòng)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(duì)駕駛、乘坐舒適度、噪音水平的需求的日漸趨升,噪聲、振動(dòng)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(wèn)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(dòng)汽車提供動(dòng)力， 所以對(duì)電動(dòng)汽車振動(dòng)噪聲的研究應(yīng)該圍繞電機(jī)展開(kāi)。永磁同步電動(dòng)機(jī)（PMSM）具有結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)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(diǎn)，因此，PMSM作為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于新能源電動(dòng)汽車領(lǐng)域[2]。
電機(jī)的振動(dòng)和噪聲主要有三個(gè)來(lái)源：電磁振動(dòng)和噪聲、機(jī)械振動(dòng)和噪聲以及空氣噪聲。空氣噪聲在無(wú)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(shí)，隨著近年來(lái)材料加工和工藝領(lǐng)域和的不斷進(jìn)步，機(jī)械振動(dòng)及其產(chǎn)生的噪聲也可以排除掉，因此如何減小電磁振動(dòng)是削弱電機(jī)振動(dòng)的重中之重。
展開(kāi) 永磁同步電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲自動(dòng)優(yōu)化
1 前言
當(dāng)前新能源汽車電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲，越來(lái)越受到電機(jī)開(kāi)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(dòng)噪聲成為突出問(wèn)題。
MANATEE(Magnetic Acoustic Noise Analysis Tool for Electrical Engineering)是法國(guó)EOMYS工程開(kāi)發(fā)的電機(jī)振動(dòng)噪聲仿真設(shè)計(jì)工具，是全球唯一一款專門應(yīng)用于電機(jī)電磁-振動(dòng)-噪聲耦合分析設(shè)計(jì)工具。專注于計(jì)算由麥克斯韋電磁力波引起的振動(dòng)噪聲。軟件包括電力電子驅(qū)動(dòng)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(jì)算模塊、多物理場(chǎng)耦合模塊、優(yōu)化模塊等。能夠快速計(jì)算評(píng)估電機(jī)從0啟動(dòng)至上萬(wàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速運(yùn)行過(guò)程的振動(dòng)噪聲狀態(tài)（20~20000Hz人感官范圍）。
由于電機(jī)電磁振動(dòng)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(gè)角度對(duì)電機(jī)的電磁振動(dòng)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(shí)現(xiàn)電機(jī)的多參數(shù)優(yōu)化電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲。
2 基于MANATEE的電機(jī)電磁振動(dòng)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(jì)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(kāi) 
永磁同步電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲自動(dòng)優(yōu)化
1 前言
當(dāng)前新能源汽車電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲，越來(lái)越受到電機(jī)開(kāi)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(dòng)噪聲成為突出問(wèn)題。
MANATEE(Magnetic Acoustic Noise Analysis Tool for Electrical Engineering)是法國(guó)EOMYS工程開(kāi)發(fā)的電機(jī)振動(dòng)噪聲仿真設(shè)計(jì)工具，是全球唯一一款專門應(yīng)用于電機(jī)電磁-振動(dòng)-噪聲耦合分析設(shè)計(jì)工具。專注于計(jì)算由麥克斯韋電磁力波引起的振動(dòng)噪聲。軟件包括電力電子驅(qū)動(dòng)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(jì)算模塊、多物理場(chǎng)耦合模塊、優(yōu)化模塊等。能夠快速計(jì)算評(píng)估電機(jī)從0啟動(dòng)至上萬(wàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速運(yùn)行過(guò)程的振動(dòng)噪聲狀態(tài)（20~20000Hz人感官范圍）。
由于電機(jī)電磁振動(dòng)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(gè)角度對(duì)電機(jī)的電磁振動(dòng)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(shí)現(xiàn)電機(jī)的多參數(shù)優(yōu)化電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲。
2 基于MANATEE的電機(jī)電磁振動(dòng)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(jì)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(kāi) 永磁同步電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲自動(dòng)優(yōu)化
1 前言
當(dāng)前新能源汽車電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲，越來(lái)越受到電機(jī)開(kāi)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(dòng)噪聲成為突出問(wèn)題。
MANATEE(Magnetic Acoustic Noise Analysis Tool for Electrical Engineering)是法國(guó)EOMYS工程開(kāi)發(fā)的電機(jī)振動(dòng)噪聲仿真設(shè)計(jì)工具，是全球唯一一款專門應(yīng)用于電機(jī)電磁-振動(dòng)-噪聲耦合分析設(shè)計(jì)工具。專注于計(jì)算由麥克斯韋電磁力波引起的振動(dòng)噪聲。軟件包括電力電子驅(qū)動(dòng)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(jì)算模塊、多物理場(chǎng)耦合模塊、優(yōu)化模塊等。能夠快速計(jì)算評(píng)估電機(jī)從0啟動(dòng)至上萬(wàn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速運(yùn)行過(guò)程的振動(dòng)噪聲狀態(tài)（20~20000Hz人感官范圍）。
由于電機(jī)電磁振動(dòng)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(gè)角度對(duì)電機(jī)的電磁振動(dòng)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(shí)現(xiàn)電機(jī)的多參數(shù)優(yōu)化電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲。
2 基于MANATEE的電機(jī)電磁振動(dòng)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(jì)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(kāi) 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁噪聲仿真與應(yīng)用
在上述幾類噪聲中，電機(jī)的電磁噪聲占主要成分，因此，在新能源車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要求滿足其能夠輸出足夠的動(dòng)力，，也要求盡可能小的產(chǎn)生噪聲，這就需要通過(guò)一定的的手段來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的分析，在保證其性能的情況下，盡可能的降低/優(yōu)化電機(jī)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(jì)算，電機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模及模型修正，電機(jī)輻射噪聲的計(jì)算，以及最終計(jì)算結(jié)果的可視化與問(wèn)題查找。下面這個(gè)視頻是利用Simcenter3D進(jìn)行電機(jī)輻射噪聲計(jì)算的流程。
圖5 Simcenter3D電機(jī)輻射噪聲計(jì)算流程
1 Simcenter Magnet電磁力計(jì)算
電機(jī)的電磁激勵(lì)載荷與電機(jī)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)如定子槽數(shù)，槽口寬度，氣隙寬度等相關(guān)，與材料參數(shù)中定子的相對(duì)磁導(dǎo)率等，運(yùn)動(dòng)參數(shù)中的轉(zhuǎn)速，電路參數(shù)中定子繞組的通過(guò)電流大小，繞組參數(shù)里的繞組分布有關(guān)。該部分載荷隨時(shí)間/空間分布不同，可以通過(guò)西門子的電磁分析工具Simcenter Magnet來(lái)獲取，如下圖所示。
圖6 Simcenter Magnet電磁分析
Simcenter3D仿真平臺(tái)支持InfolyticaMagnet輸出的unv格式的電磁網(wǎng)格和電磁力，同時(shí)也兼容其他主流電磁分析工具輸出的unv格式的電磁網(wǎng)格和電磁力。通常情況下，為了節(jié)省電磁有限元分析所需要的時(shí)間，在建立電磁分析模型的時(shí)候，會(huì)采用2D或者對(duì)稱模型。Simcenter3D支持2D電磁網(wǎng)格和電磁力的導(dǎo)入，并且提供了由2D擴(kuò)展到3D的工具，通過(guò)該工具可以得到三維電磁網(wǎng)格和三維電磁力。
展開(kāi) 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁噪聲仿真與應(yīng)用
在上述幾類噪聲中，電機(jī)的電磁噪聲占主要成分，因此，在新能源車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要求滿足其能夠輸出足夠的動(dòng)力，也要求盡可能小的產(chǎn)生噪聲，這就需要通過(guò)一定的的手段來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的分析，在保證其性能的情況下，盡可能的降低/優(yōu)化電機(jī)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(jì)算，電機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模及模型修正，電機(jī)輻射噪聲的計(jì)算，以及最終計(jì)算結(jié)果的可視化與問(wèn)題查找。下面這個(gè)視頻是利用Simcenter3D進(jìn)行電機(jī)輻射噪聲計(jì)算的流程。
1、Simcenter Magnet電磁力計(jì)算
電機(jī)的電磁激勵(lì)載荷與電機(jī)結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)如定子槽數(shù)，槽口寬度，氣隙寬度等相關(guān)，與材料參數(shù)中定子的相對(duì)磁導(dǎo)率等，運(yùn)動(dòng)參數(shù)中的轉(zhuǎn)速，電路參數(shù)中定子繞組的通過(guò)電流大小，繞組參數(shù)里的繞組分布有關(guān)。該部分載荷隨時(shí)間/空間分布不同，可以通過(guò)西門子的電磁分析工具Simcenter Magnet來(lái)獲取，如下圖所示。
圖5 Simcenter Magnet電磁分析
Simcenter3D仿真平臺(tái)支持Infolytica Magnet輸出的unv格式的電磁網(wǎng)格和電磁力，同時(shí)也兼容其他主流電磁分析工具輸出的unv格式的電磁網(wǎng)格和電磁力。通常情況下，為了節(jié)省電磁有限元分析所需要的時(shí)間，在建立電磁分析模型的時(shí)候，會(huì)采用2D或者對(duì)稱模型。Simcenter3D支持2D電磁網(wǎng)格和電磁力的導(dǎo)入，并且提供了由2D擴(kuò)展到3D的工具，通過(guò)該工具可以得到三維電磁網(wǎng)格和三維電磁力。另外電磁網(wǎng)格和結(jié)構(gòu)網(wǎng)格往往都是不一致的，Simcenter3D同樣提供了相應(yīng)的無(wú)損映射算法（Conservative Force Mapping），將電磁載荷由電磁網(wǎng)格映射到網(wǎng)格不一致的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，并且保證映射的精度。
展開(kāi) 如何找出電機(jī)電磁振動(dòng)與噪聲的根源問(wèn)題
階次分析
MANATEE能夠?qū)?em>噪聲瀑布圖進(jìn)行直接的階數(shù)分解，可直接分解為某階電磁力產(chǎn)生的噪聲強(qiáng)度，評(píng)估不同階電磁力對(duì)噪聲的貢獻(xiàn)度，如下圖所示：
噪聲瀑布圖的電磁力階次分解
磁密諧波對(duì)噪聲貢獻(xiàn)的識(shí)別
MANATEE能夠定位識(shí)別影響電磁力的定轉(zhuǎn)子磁導(dǎo)和磁動(dòng)勢(shì)諧波，進(jìn)而為電機(jī)電磁力、電磁噪聲的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
盧素華 等：基于多場(chǎng)耦合的斷條狀態(tài)下感應(yīng)電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲規(guī)律研究
摘要：對(duì)于電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲問(wèn)題，僅通過(guò)電磁計(jì)算激勵(lì)源特性分析較難預(yù)測(cè)電機(jī)實(shí)際的振動(dòng)噪聲情況。本文基于電磁場(chǎng)、結(jié)構(gòu)場(chǎng)及聲場(chǎng)的多場(chǎng)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(shí)際安裝方式，對(duì)斷條狀態(tài)下的電機(jī)電磁激振力、結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)以及電機(jī)周圍聲場(chǎng)聲壓分布進(jìn)行多場(chǎng)聯(lián)合仿真，從而計(jì)算出斷條故障對(duì)于電機(jī)振動(dòng)噪聲的影響。最后通過(guò)進(jìn)行故障試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)斷條故障所導(dǎo)致的電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲規(guī)律與仿真結(jié)果較吻合。
0 前言
電機(jī)的振動(dòng)噪聲以電磁振動(dòng)噪聲為主。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)引發(fā)電磁噪聲的電磁力計(jì)算已做了大量研究工作，基本確定了電磁力的特征計(jì)算方法。振動(dòng)噪聲是激勵(lì)源與結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)之間相互耦合作用的結(jié)果，激勵(lì)源與響應(yīng)（振動(dòng)噪聲）之間并不呈線性關(guān)系。實(shí)際電機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而電機(jī)電磁力特征計(jì)算方法的確定僅確定了激勵(lì)源的特征，沒(méi)有結(jié)合電機(jī)的結(jié)構(gòu)傳遞函數(shù)進(jìn)行分析，并不能準(zhǔn)確地確定實(shí)際情況下電機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)。
除了設(shè)計(jì)方面的影響，電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，一些特定故障的產(chǎn)生，如偏心、斷條等，也會(huì)增大電磁振動(dòng)及噪聲的幅值或使電磁噪聲的聽(tīng)感變差。
展開(kāi) 切向電磁力對(duì)電動(dòng)車動(dòng)力總成振動(dòng)噪聲的影響分析
摘要:為了研究電動(dòng)車的高頻電磁噪聲問(wèn)題，以電動(dòng)車動(dòng)力總成為研究對(duì)象，綜合考慮電機(jī)電磁徑向電磁力波和切向電磁力波，建立了動(dòng)力總成有限元分析模型，采用一種弱磁－固耦合的方法對(duì)動(dòng)力總成的電磁振動(dòng)噪聲特性進(jìn)行分析，研究切向電磁力對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲特性的影響。在半消聲室中，對(duì)動(dòng)力總成進(jìn)行振動(dòng)加速度及輻射噪聲測(cè)試，以驗(yàn)證仿真分析方法的準(zhǔn)確性。研究結(jié)果表明，電機(jī)與減速器集成后，切向電磁力對(duì)電機(jī)振動(dòng)噪聲影響不大，但對(duì)減速器產(chǎn)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(chǎn)生了明顯的振動(dòng)，并且對(duì)減速器表面2000Hz～2400Hz范圍內(nèi)的聲場(chǎng)貢獻(xiàn)較大。研究結(jié)果對(duì)電機(jī)的電磁參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)，為降低電機(jī)的電磁振動(dòng)提供理論依據(jù)和試驗(yàn)支持。
0 引言
隨著世界各國(guó)大力推廣新能源汽車，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開(kāi)始研究電動(dòng)車用永磁同步電機(jī)的振動(dòng)噪聲特性振動(dòng)特性，研究發(fā)現(xiàn)噪音和振動(dòng)的根源是徑向力引起的電磁振動(dòng)。此外，在進(jìn)行電磁仿真分析時(shí)，通常施加理想的三相正弦電流，沒(méi)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(xué)者發(fā)現(xiàn):針對(duì)電機(jī)－
減速器集成驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)而言，由于電機(jī)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(duì)車用發(fā)電機(jī)嘯叫進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)電機(jī)嘯叫不僅與其自身有關(guān)，還與與其連接的機(jī)械構(gòu)件有關(guān)。
通過(guò)改變連接方式、增加質(zhì)量塊等方式提高了電機(jī)的噪聲品質(zhì)。
P．Pellerey 等人分析了電磁切向力對(duì)電動(dòng)車動(dòng)力總成動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，提出切向電磁力不會(huì)對(duì)電磁噪聲有較大貢獻(xiàn)，但是會(huì)對(duì)減速器動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生影響。
本文以集中驅(qū)動(dòng)式電動(dòng)車動(dòng)力總成為研究對(duì)象，考慮外電路的影響，建立場(chǎng)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(duì)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲特性的影響。
展開(kāi) 
電磁噪聲與電機(jī)力波，磁密諧波
所以你可以這么理解，階次線是空間某一點(diǎn)的噪聲時(shí)間諧波，換一個(gè)空間位置，階次線尤其噪聲幅值會(huì)發(fā)生一定變化，這也是噪聲評(píng)估不足的地方，測(cè)量中存在很大的隨機(jī)性。
下面講講階數(shù)和階次，階數(shù)描述波形空間模態(tài)，階次描述波形時(shí)間模態(tài)。對(duì)于正弦波來(lái)說(shuō)就是類似于空間頻率，時(shí)間頻率的概念。
磁密諧波，其實(shí)這個(gè)概念在我之前的文章中也講過(guò)，磁密諧波主要分為定子繞組諧波，轉(zhuǎn)子諧波，齒諧波等等。諧波以奇數(shù)次分布（N，S極結(jié)構(gòu)對(duì)稱分布）。磁密諧波主要的來(lái)源：磁勢(shì)諧波，磁導(dǎo)諧波（空間磁阻變化），轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)引入的頻率變化。因?yàn)?em>電磁設(shè)計(jì)更多面向的是電機(jī)切面，以及定子齒諧波，所以很多時(shí)候說(shuō)的都是以空間分布上的諧波
電磁力波，電磁力波是兩個(gè)磁密諧波的相互作用，兩個(gè)奇數(shù)相加或者相減都是偶數(shù)，這也就我們常說(shuō)的2 4 6 8倍頻概念的來(lái)源。電磁力波是電磁噪聲的主要力源，既要分析空間分布（因?yàn)椴煌臻g分布下的模態(tài)剛度不一樣），又要考慮時(shí)間參數(shù)（因?yàn)椴煌曇纛l率或者是不同階次在最后聲譜中體現(xiàn)不一樣）。在這個(gè)時(shí)候，最好使用階數(shù)、階次兩個(gè)概念來(lái)體現(xiàn)一個(gè)力波概念的完整性。
電磁噪聲，電磁力波作用于某結(jié)構(gòu)體后發(fā)出的聲波，主要在空間中某一點(diǎn)采集錄制的聲波，是電磁力波中的時(shí)間參數(shù)的具體體現(xiàn)，而電磁力波的空間參數(shù)體現(xiàn)位在相同半徑下采集的聲音幅值、相位具有比較大的差異。
來(lái)源：EV電機(jī)事業(yè)
展開(kāi) 淺談新能源汽車NVH—永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)徑向電磁力致噪聲的來(lái)龍去脈
如圖1所示，沒(méi)有了發(fā)動(dòng)機(jī)的掩蔽效應(yīng)，電驅(qū)動(dòng)和電控系統(tǒng)噪聲成為主要噪聲源，且其中高頻的特性使得聲品質(zhì)的關(guān)注度大幅上升。且隨著驅(qū)動(dòng)電機(jī)朝著寬調(diào)速區(qū)間、更高轉(zhuǎn)速、輕量化等方向的發(fā)展，給電機(jī)的NVH性能開(kāi)發(fā)帶來(lái)了更多的挑戰(zhàn)。電機(jī)的NVH涉及的知識(shí)較為交叉，一些概念容易被混淆從而加大理解的難度，本文將針對(duì)永磁同步電機(jī)徑向電磁力致噪聲，力求用直白的描述簡(jiǎn)略地介紹清楚其中的機(jī)理。
圖1.傳統(tǒng)燃油車和新能源車的NVH問(wèn)題分布
1 本文討論范圍的界定
驅(qū)動(dòng)電機(jī)噪聲可以大致分為機(jī)械噪聲、電磁噪聲、氣動(dòng)噪聲（液冷則無(wú)），其中電磁噪聲機(jī)理相對(duì)復(fù)雜，聲品質(zhì)較差，常表現(xiàn)為高頻的嘯叫，容易引起人們的不適，電磁噪聲是本文討論的范疇。
電機(jī)電磁噪聲是由電磁力引起，其中電磁力可以分為麥克斯韋力和磁致伸縮力，一般情況磁致伸縮力的噪聲貢獻(xiàn)較小，本文只討論麥克斯韋電磁力；按照電機(jī)的結(jié)構(gòu)，一般將電磁力分為切向力和徑向力，切向電磁力一般會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，進(jìn)一步帶來(lái)振動(dòng)噪聲，而徑向電磁力會(huì)導(dǎo)致定子振動(dòng)從而向結(jié)構(gòu)傳遞振動(dòng)和向空氣輻射噪聲，如圖2所示。限于篇幅，徑向電磁力導(dǎo)致的永磁同步電機(jī)定子振動(dòng)噪聲是本文討論的對(duì)象。
展開(kāi) 非晶合金永磁電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲計(jì)算與分析
然而其磁致伸縮系數(shù)遠(yuǎn)大于硅鋼片，使得其不能被過(guò)分壓緊，且厚度極薄、脆性大，嚴(yán)重影響電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲。因此，非晶合金電機(jī)的研究需關(guān)注其振動(dòng)噪聲。
1978年，美國(guó)通用電氣公司首次申請(qǐng)了非晶定子鐵芯的專利。國(guó)內(nèi)外研究表明:電磁力波作用于定子部分是引起電機(jī)振動(dòng)的主要原因，磁致伸縮引起的電機(jī)振動(dòng)較小；轉(zhuǎn)子部分的剛度通常較大，引起的振動(dòng)噪聲相對(duì)較小，電機(jī)振動(dòng)的研究中通常只關(guān)注氣隙中產(chǎn)生的電磁力波對(duì)定子部分和底座的影響。吳勝男等通過(guò)有限元計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)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(duì)非晶電機(jī)振動(dòng)性能的影響，研究表明彈性模量較低是非晶電機(jī)振動(dòng)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(dòng)性能，結(jié)果表明采用非晶鐵芯使得變壓器振動(dòng)加劇，可以通過(guò)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(gè)非晶模塊組合而成，該結(jié)構(gòu)改善了振動(dòng)噪聲卻增大了渦流損耗，降低了電機(jī)效率；楊浩東等通過(guò)有限元方法計(jì)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(duì)電磁振動(dòng)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(lái)降低電磁力波的方法；法國(guó)VEREZZG等通過(guò)有限元方法，計(jì)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(jì)算并達(dá)到較高的精度。
展開(kāi) 淺談新能源汽車NVH—永磁同步驅(qū)動(dòng)電機(jī)徑向電磁力致噪聲的來(lái)龍去脈
如圖1所示，沒(méi)有了發(fā)動(dòng)機(jī)的掩蔽效應(yīng)，電驅(qū)動(dòng)和電控系統(tǒng)噪聲成為主要噪聲源，且其中高頻的特性使得聲品質(zhì)的關(guān)注度大幅上升。且隨著驅(qū)動(dòng)電機(jī)朝著寬調(diào)速區(qū)間、更高轉(zhuǎn)速、輕量化等方向的發(fā)展，給電機(jī)的NVH性能開(kāi)發(fā)帶來(lái)了更多的挑戰(zhàn)。電機(jī)的NVH涉及的知識(shí)較為交叉，一些概念容易被混淆從而加大理解的難度，本文將針對(duì)永磁同步電機(jī)徑向電磁力致噪聲，力求用直白的描述簡(jiǎn)略地介紹清楚其中的機(jī)理。
圖1.傳統(tǒng)燃油車和新能源車的NVH問(wèn)題分布
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本文討論范圍的界定
驅(qū)動(dòng)電機(jī)噪聲可以大致分為機(jī)械噪聲、電磁噪聲、氣動(dòng)噪聲（液冷則無(wú)），其中電磁噪聲機(jī)理相對(duì)復(fù)雜，聲品質(zhì)較差，常表現(xiàn)為高頻的嘯叫，容易引起人們的不適，電磁噪聲是本文討論的范疇。
電機(jī)電磁噪聲是由電磁力引起，其中電磁力可以分為麥克斯韋力和磁致伸縮力，一般情況磁致伸縮力的噪聲貢獻(xiàn)較小，本文只討論麥克斯韋電磁力；按照電機(jī)的結(jié)構(gòu)，一般將電磁力分為切向力和徑向力，切向電磁力一般會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，進(jìn)一步帶來(lái)振動(dòng)噪聲，而徑向電磁力會(huì)導(dǎo)致定子振動(dòng)從而向結(jié)構(gòu)傳遞振動(dòng)和向空氣輻射噪聲，如圖2所示。限于篇幅，徑向電磁力導(dǎo)致的永磁同步電機(jī)定子振動(dòng)噪聲是本文討論的對(duì)象。
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