如何选用电机振动噪声分析工具

一、电机振动噪声分析工具概述

随着工业软件及新能源等行业的发展，电机设计也逐渐趋于便捷化，在当前市场上，电机设计与分析工具主要分为路算和场算两种。

对于大多数工程师，主要使用Ansys、Motor-CAD、EasiMotor、Flux等商业软件中的路算工具，而资深工程师在工作中往往会总结出自己的路算工具，将理论公式与所在行业进行结合，封装成专用软件。工程师日常工作往往不需要较高的计算精度，但需要较高的计算效率，因此可以借助路算工具通过简单的输入-输出快速得到结果，再基于产品测试结果对路算工具不断迭代。

场算则是通过有限元法，将电磁模型、结构模型进行细致的网格划分，在给定激励后，计算一个约束模型的响应结果。有限元法可以考虑结构的复杂性、材料的非线性以及不同物理量之间的相互转化与计算。

对于电机振动与噪声的分析工具，本文总结了以下几点：

二、设计前期—初步分析

1. Manatee力波阶次分析

2. Manatee全速域阶次分析

Manatee中定义槽极配合以及对应转速，可以快速计算出对应的电磁力瀑布图，通过对应的转速，可以得到重点关注的频率区间，为结构设计提供指导。

三、设计中期—NVH性能定性分析

在电机设计中期，电机性能需求、结构边界、以及NVH的限值均已基本确定，但在结构未能确定时，只能对电机NVH进行定性分析。电磁设计阶段，由于电磁方案需要多轮优化，对于电机NVH性能的考虑，需要有工具可以通过快速计算得到相对准确的对标值，以“仿真对仿真”的形式进行优化分析。在电机NVH定性分析时，通过有限元计算电磁以及解析法计算结构响应，可以快速得到电机的基本NVH性能，具有较强的实用性。

主流电磁软件中Motor-CAD、EasiMotor、FluxMotor等工具都有较高的计算精度，经过数代产品的迭代电磁有限元软件都具有较高的稳定性，随着电机NVH问题被关注，各大软件都推出自己的NVH解决方案。但使用半解析法计算振动与噪声基本原理是一致的：

1) 使用电磁有限元计算电机气隙中电磁力，并做二维傅里叶分解；

2) 通过圆环法等效计算电机的模态；

3) 通过振动响应理论计算正弦激励下的振动响应；

半解析法计算电机NVH主要流程可分为以下几部分：

在上述各个环节中，电磁力计算会在电机基本性能计算时同时完成，模态、振动响应以及声学计算由于都是解析法，计算速度较快，均可以作为优化变量进行电机NVH性能优化设计的指标。

四、设计后期—NVH性能定量分析

有限元谐响应主要流程如下：

五、产品问题诊断—NVH故障分析

NVH故障诊断分析主要分为以下几部分：

在电机故障诊断中，工程师首先利用NVH测试设备对电机NVH性能进行测试，得到测试数据，然后再对测试数据进行分析，最后利用仿真工具对NVH故障进行还原。这个过程需要对仿真模型进行特定的设置，例如：若存在偏心的可能，就需要在电磁仿真时给一定的偏心量。

六、小结

本文针对如何选用电机振动噪声分析工具进行概述，分别通过电机设计的前期、中期、后期，以及在NVH故障诊断时，介绍电机振动噪声分析工具分别可以为工程师提供哪些帮助。如何在实际设计中使用这些工具，以及这些工具有哪些注意事项，敬请期待后续系列文章。

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