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1、北京海基科技有限公司 电机电磁振动噪声解决方案 1. 引言引言 1.11.1 电机电机噪声分析技术背景噪声分析技术背景 随着世界经济的发展和人民生活水平的提高,电机的用量与日俱增。尤其是 在新能源汽车、家电及工业等领域内得到广泛应用,但是由于电机噪声指标不合 格引起相关产品的振动、噪声问题,进而会影响产品的品质。电机的振动和噪声 研究十分复杂,它涉及了电磁、能量转换、机械振动、特殊物理声学、电子学和 数学等许多学科。 图 1-1 电机噪声影响人们生活 一般来说,电机由于结构及机理的复杂,其噪声研究比振动研究更为困难。 因为噪声涉及的是电机的整体作用,而振动涉及电机各个运动部件。电机噪声分 类:
2、 (1)电磁噪声 电磁力作用在定、转子间气隙中,产生旋转力波或脉动力波,使定子产生振 动而辐射噪声,这类噪声称为电磁噪声。它与电机气隙内的谐波磁场及由此产生 的电磁力波幅值、频率和极数,以及定子本身的振动特性,如固有频率、阻尼、 机械阻抗均有密切的关系,还与电机定子的声学特性有很大关系。它主要由设计 的电气参数和机械参数及装配工艺决定。 (2)机械噪声 电机中的机械噪声主要是由轴承和电刷引起的。 这些噪声和它们所用的材料、 制造质量及电机装配工艺、配合精度有关。 (3)空气动力噪声 由电机的冷却风扇产生,主要由风扇的型式、风扇和通风道及进出口的结构 设计决定。在无外风扇的封闭电机中,空气动力噪
3、声是微不足道的,主要是电磁 北京海基科技有限公司 噪声和机械噪声。但在高速开启式电机中,空气动力噪声是主要的噪声成分。必 须在设计时恰当地考虑电机损耗所需的冷却风量,使风量的裕度最小,风扇的效 率最高。 在以上三种电机噪声中,机械噪声所占成分较少;由空气动力引起的噪声往 往可以通过成熟的 CFD 手段来预测与优化, 其中由电磁力引起的电机噪声往往占 据主要部分。 1.21.2 电机电机电磁电磁噪声分析研究难点噪声分析研究难点 电磁软件与传统有限元分析软件有所不同,其本身特有的网格功能帮助工程 师得到各部件及气隙处电磁力,但电磁软件本身网格往往很难导出有限元软件可 以识别的文件类型;也就是导出的
4、基于网格节点的电磁力在有限元分析软件中无 法识别。 声学软件 Actran14.0 及以上版本,可以加载结构表面载荷,只需要得到电磁 力加载的坐标即可,不依赖于电磁网格节点,这样就解脱了上述问题的束缚,能 够很顺畅的求解电磁软件求得的电磁激励的声学响应。 海基科技公司通过对电磁噪声的研究,成功了开发专业的电磁分析软件 Infolytica 与专业声学仿真软件 Actran 之间的接口 Mag Acoustics,可以对电机电 磁噪声问题进行预测, 使电机研发工程师能在电机设计阶段评估和优化电机结构, 减少由电磁力引起的噪声超标,避免因为噪声问题影响产品性能。 2. 电机振动噪声电机振动噪声的仿
5、真解决方案的仿真解决方案 2.1 技术路线技术路线 电机振动噪声系统是一个多物理场耦合的系统,因此,海基提供一个耦合分 析工具,建立电机电磁-声学耦合分析方法,确定技术路线如下图: 北京海基科技有限公司 图 2-1 技术路线 2.2 电磁电磁与与声学声学接口软件接口软件-Mag Acoustics 海基提供由电磁场到声学计算的接口程序,此接口为海基自主开发的产品, 具有知识产权。该电磁声学接口软件主要功能如下: (1)读取电磁软件如Infolytica软件的电磁力数据; (2)对时域的电磁力数据进行傅里叶转换,输出频域的电磁力载荷数据; (3)完成网格映射插值,将电磁计算模型上的数据插值到对应
6、的声学网格上, 以便后续的声学计算。 接口软件流程示意图如下: 图 2-2 电磁-声学接口软件处理示意图 电机电磁力振动噪音分析,一般的流程需要考虑电磁、结构和声学,海基科 技提供的解决方案,可以实现电磁直接到声学的过程。Mag Acoustics 可以实现从 电磁软件 Infolytica 直接到声学软件 Actran 的数据传递, 节省了电磁到结构的数据 处理时间。 北京海基科技有限公司 3. 电机电磁电机电磁噪声噪声案例演示案例演示 本文以某电机为例对其电磁振动噪声问题的预测进行说明,电磁力输出后可 以经过电磁噪声接口软件数据转换,然后可以作为声学软件 Actran 的输入,随后 进行振动噪声的计算。 图 3-1 电机定子分析对象 计算完成后,可以查看声压响应云图、声压频谱曲线以及振动响应云图,如下 图所示。 图 3-2 电机外部声场分布云图(1525Hz) 图 3-3 电机监测点声压频谱曲线 海基科技目前与国内众多厂家进行了电机噪声项目的合作(如一汽大众新能 源汽车),并取得了非常好的降噪效果,获得客户良好的口碑。