[发明专利]电机电磁力与电磁振动噪声分析方法及系统

说明书

本发明公开了一种电机电磁力及电磁振动噪声分析方法及系统，所述方法包括S100:确定电机的运行工况，获得电机任意时刻的相电流，确定电机的槽磁动势函数和槽矩阵及电机任意时刻的电枢磁动势；S200:建立电机静态有限元模型，并分析该电机永磁体磁动势以及该电机定子和转子的复数气隙磁导函数；S300:获得该电机的气隙磁密，获得所述电机每个定子齿上所受的电磁力；S400:建立电机的三维结构有限元模型，并分析电机的振动传递函数；S500:计算电机在任意电磁力激励下的振动速度和振动加速度，基于振动速度和振动加速度获得电机辐射的声压级和声功率。本发明可对电机各种工况下的电磁力及电磁振动噪声进行快速评估与分析，大幅提升电机振动噪声计算与优化效率。

技术领域

本发明属于电机振动噪声技术领域，更具体地，涉及一种电机电磁力与电磁振动噪声分析方法及系统。

背景技术

电机在社会生产生活的各个领域得到了广泛的应用。近年来，电机的振动噪声逐渐成为衡量电机性能的重要指标。以新能源汽车为代表的交通装备领域和以全电舰船、水下潜航器为代表的国防领域都对电机的振动噪声提出了极高的要求。对新能源汽车而言，驱动电机的振动噪声不仅降低了车辆的乘坐舒适性，还会影响到用户对品牌的认可度和市场竞争力。在全电舰船、水下潜航器等领域，低振动噪声电机系统可提高舰艇的声隐身性和生命力，形成威慑力。在家用电器、医疗器械等领域，出于保护人体健康、降低环境噪声污染的要求，也要求将电机的噪声控制在一定的范围内。因此，降低电机振动和噪声对军民领域都有重要意义。

电机振动噪声与电机内部电磁力分布、电机结构特性以及运行工况密切相关，为了准确对电机振动噪声进行评估，给低振动电机的设计提供有力工具，急需一种能准确快速计算电机电磁力及电磁振动噪声的方法。现有电机振动计算方法主要有解析法、有限元法和半解析法。在解析法中，电机电磁力、固有频率和振动传递函数、电机振动变形及振动加速度都通过解析公式计算得到。解析法效率较高，但电机结构复杂导致解析法计算精度较低，不能准确评估电机的真实振动情况。因此，有限元法成为振动计算的主流,在利用有限元法计算电机振动时，首先需要建立电磁有限元模型，仿真得到电机的电磁力；然后建立电机的三维结构有限元模型，确定边界条件，导入电磁有限元计算得到的电磁力；最后利用有限元软件进行结构动力学仿真得到振动响应，并通过声学边界元仿真得到电机的噪声分布情况。有限元方法计算精度较高且适用于任何复杂结构的电机，但有限元方法涉及多场耦合计算，建模复杂导致计算效率较低，不适合在电机设计初期对电机振动性能进行快速评估，也不能胜任电机多转速工况振动计算的需求。而半解析法则结合了解析法和有限元的优势，在保证计算精度的同时也能提高振动计算效率。但现有振动半解析计算方法中只是将振动响应计算部分用模态叠加法代替，而最为耗时的电磁力计算和传递函数计算部分仍然依赖有限元计算数据，并未从根本上解决振动计算复杂的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种电机电磁力与电磁振动噪声分析方法及系统，其目的在于在保证电机振动计算精度的同时能减小计算量，实现电机振动噪声的快速预测和评估，为电机振动噪声优化与多转速工况振动计算提供有力工具。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种电机电磁力及电磁振动噪声分析方法，包括如下步骤：

S100:确定电机的运行工况，根据其运行工况获得电机任意时刻的相电流，根据电机槽极配合、绕组分布确定电机的槽磁动势函数和槽矩阵，并结合所述相电流获得电机任意时刻的电枢磁动势；

S200:建立所述电机的静态有限元模型，并分析获得该电机永磁体磁动势以及该电机定子和转子的复数气隙磁导函数；

S300:根据所述电枢磁动势、永磁体磁动势及定子和转子的复数气隙磁导函数获得该电机的气隙磁密，并基于该气隙磁密获得所述电机每个定子齿上所受的电磁力；

S400:建立所述电机的三维结构有限元模型，并分析获得电机的振动传递函数；