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1 電機噪聲分析技術背景

隨着世界經濟的發展和人民生活水平的提高，電機的用量與日俱增。尤其是在新能源汽車、家電及工業等領域內得到廣泛應用，但是由於電機噪聲指標不合格引起相關產品的振動、噪聲問題，進而會影響產品的品質。電機的振動和噪聲研究十分複雜，它涉及了電磁、能量轉換、機械振動、特殊物理聲學、電子學和數學等許多學科。

一般來說，電機由於結構及機理的複雜，其噪聲研究比振動研究更爲困難因爲噪聲涉及的是電機的整體作用，而振動涉及電機各個運動部件。電機噪聲分類：

（1）電磁噪聲

電磁力作用在定、轉子間氣隙中，產生旋轉力波或脈動力波，使定子產生振動而輻射噪聲，這類噪聲稱爲電磁噪聲。它與電機氣隙內的諧波磁場及由此產生的電磁力波幅值、頻率和極數，以及定子本身的振動特性，如固有頻率、阻尼、機械阻抗均有密切的關係，還與電機定子的聲學特性有很大關係。它主要由設計的電氣參數和機械參數及裝配工藝決定。

（2）機械噪聲

電機中的機械噪聲主要是由軸承和電刷引起的。這些噪聲和它們所用的材料、製造質量及電機裝配工藝、配合精度有關。

（3）空氣動力噪聲

由電機的冷卻風扇產生，主要由風扇的型式、風扇和通風道及進出口的結構設計決定。在無外風扇的封閉電機中，空氣動力噪聲是微不足道的，主要是電磁噪聲和機械噪聲。但在高速開啓式電機中，空氣動力噪聲是主要的噪聲成分。必須在設計時恰當地考慮電機損耗所需的冷卻風量，使風量的裕度最小，風扇的效率最高。

在以上三種電機噪聲中，機械噪聲所佔成分較少；由空氣動力引起的噪聲往往可以通過成熟的 CFD 手段來預測與優化，其中由電磁力引起的電機噪聲往往佔據主要部分。

2 電機電磁噪聲分析研究難點

電磁軟件與傳統有限元分析軟件有所不同，其本身特有的網格功能幫助工程師得到各部件及氣隙處電磁力，但電磁軟件本身網格往往很難導出有限元軟件可以識別的文件類型；也就是導出的基於網格節點的電磁力在有限元分析軟件中無法識別。

聲學軟件 Actran14.0 及以上版本，可以加載結構表面載荷，只需要得到電磁力加載的座標即可，不依賴於電磁網格節點，這樣就解脫了上述問題的束縛，能夠很順暢的求解電磁軟件求得的電磁激勵的聲學響應。

海基科技公司通過對電磁噪聲的研究，成功了開發專業的電磁分析軟件Infolytica 與專業聲學仿真軟件 Actran 之間的接口 Mag Acoustics，可以對電機電磁噪聲問題進行預測，使電機研發工程師能在電機設計階段評估和優化電機結構，減少由電磁力引起的噪聲超標，避免因爲噪聲問題影響產品性能。

電機振動噪聲的仿真解決方案

1 技術路線

電機振動噪聲系統是一個多物理場耦合的系統，因此，海基提供一個耦合分析工具，建立電機電磁-聲學耦合分析方法，確定技術路線如下圖：

圖 2-1 技術路線

2 電磁與聲學接口軟件-Mag Acoustics

海基提供由電磁場到聲學計算的接口程序，此接口爲海基自主開發的產品，具有知識產權。該電磁聲學接口軟件主要功能如下：

（1）讀取電磁軟件如Infolytica軟件的電磁力數據；

（2）對時域的電磁力數據進行傅里葉轉換，輸出頻域的電磁力載荷數據；

（3）完成網格映射插值，將電磁計算模型上的數據插值到對應的聲學網格上，

以便後續的聲學計算。

接口軟件流程示意圖如下：

圖 2-2 電磁-聲學接口軟件處理示意圖

電機電磁力振動噪音分析，一般的流程需要考慮電磁、結構和聲學，海基科技提供的解決方案，可以實現電磁直接到聲學的過程。Mag Acoustics 可以實現從電磁軟件 Infolytica 直接到聲學軟件Actran 的數據傳遞，節省了電磁到結構的數據處理時間。

電機電磁噪聲案例演示

本文以某電機爲例對其電磁振動噪聲問題的預測進行說明，電磁力輸出後可以經過電磁噪聲接口軟件數據轉換，然後可以作爲聲學軟件 Actran 的輸入，隨後進行振動噪聲的計算。

圖 3-1 電機定子分析對象

計算完成後，可以查看聲壓響應雲圖、聲壓頻譜曲線以及振動響應雲圖，如下圖所示。

圖 3-2 電機外部聲場分佈雲圖（1525Hz）

圖 3-3 電機監測點聲壓頻譜曲線