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 1.1 电机 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： （1
2、）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，空气动力噪声是微
3、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。 1.2 电机电磁 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；也就是导出的基于网格节点的电磁力在有
4、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. 电机振动噪声的仿真解决方案 2.1 技术
5、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 与 声学接口 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的声学网格上， 以便后续的声学计算。 接
6、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. 电机电磁噪声案例演示 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。
