电机NVH性能开发,降低噪声提高使用寿命

业务介绍:

乐图公司是一家专业NVH仿真及多物理场有限元分析服务提供商。NVH仿真团队擅长于电机电器、电力设备、机械装备、汽车等高端制造领域NVH仿真优化,以及NVH仿真标准化流程的解决方案,旨在为我们的客户提高产品研制水平、缩短产品研制周期、降低产品研制费用,使其在激烈的产品竞争中处于领先地位。


NVH仿真优化应用价值:

电机是复杂的系统。由于这种复杂性以及控制这些系统的磁性和结构行为的非线性耦合物理,如果没有适当的建模和仿真,应用中的声学噪声水平不容易预测。在静音电机的设计和优化中依靠纯粹的实验方法会显着增加设计修改的成本和时间。事实证明,在原型测试期间发现的NVH问题,进行设计更改成本高昂,并且会延迟生产周期。这就是有限元模拟发挥作用的地方。


NVH仿真优化案例:

以下列举电机行业最常见的几种电机类型,简要介绍电机NVH仿真优化应用。

NVH仿真优化案例1-异步电机NVH优化

在此案例中,通过模态分析与电磁力分布分析来判断噪声产生可能性,当然,在实践应用中还要考虑CFD气动噪音因素,在此暂时不做概述。


机械激励源

电机”是电动机、发电机等机器的总称。它们的主要功能是将电能转化为机械能,反之亦然。在这些复杂机器的运行过程中,有多种来源会导致它们产生振动和噪声,例如不完善的机械装配、转子和风扇空气动力学以及电磁力。

下图为异步电机模态及工作变形(动画)

电机NVH优化 电机NVH优化


电磁激励源

电磁力,尤其是径向力,是电机产生令人不快的声音的主要原因。电磁力有两个分量:径向力和切向力。径向力在产生振动时无助于能量转换。另一方面,切向力通过平均电磁转矩促进能量转换,并通过转矩脉动促进噪声和振动。


下图为异步电机噪声辐射云图分布

电机NVH优化(图8)电机NVH优化(图9)

下图为异步电机磁密云图及磁力线图

电机NVH优化(图2)    电机NVH优化(图3)

下图为径向电磁力及切向电磁力(动画)

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NVH仿真优化案例2-直流电机NVH优化

下图为直流电机磁密云图分布

电机NVH优化(图10) 电机NVH优化(图11)

下图为径向电磁力及切向电磁力(动画)

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下图为直流有刷电机网格模型

电机NVH优化(图14)电机NVH优化(图15)


下图为直流有刷电机振动与噪声云图分布

电机NVH优化(图16)电机NVH优化(图17)


NVH仿真优化案例3-永磁同步电机NVH优化

电机NVH优化(图18)

是什么导致电机中的噪音?

1.机械激励源

“电机”是电动机、发电机等机器的总称。它们的主要功能是将电能转化为机械能,反之亦然。在这些复杂机器的运行过程中,有多种来源会导致它们产生振动和噪声,例如不完善的机械装配、转子和风扇空气动力学以及电磁力。其中,电磁力,尤其是径向力,是电机产生令人不快的声音的主要原因。

2.电磁激励源

电磁力有两个分量:径向力和切向力。径向力在产生振动时无助于能量转换。另一方面,切向力通过平均电磁转矩促进能量转换,并通过转矩脉动促进噪声和振动。

3.气动激励源

冷却风扇在运行中,产生气动噪声直接传播到周围空间,而力和振动通过机械结构传递,然后通过表面位移辐射到周围空间。


下图为正向研发型:电机噪声多物理场仿真与优化技术路线(一)

电机NVH优化(图19)

下图为故障诊断型:电机噪声多物理场仿真与优化技术路线(二)

电机NVH优化(图20)

下图为电机噪声分析软件工具链流程图

电机NVH优化(图21)


下图为声学计算网格模型示意图

电机NVH优化(图23) 说明:声学网格

下图为电机负载工况振动测点布置示意图

电机NVH优化(图25)

下图为电机噪声麦克风测点布置示意图

下图为电机模态测试示意图

电机NVH优化(图27)电机NVH优化(图28)

下图为电机振动与噪声台架试验

电机NVH优化(图29)

下图为永磁同步电机NV仿真噪声计算结果

电机NVH优化(图30)电机NVH优化(图31)

总结:NVH是许多涉及电机的应用(从医疗设备到电动汽车和家用电器)的重要设计标准。高水平的振动会缩短电机的使用寿命,而响亮的声音会产生噪音污染并对健康和舒适度产生不利影响。此外,在军事设备等关键应用中,NVH 会产生振动声学特征。各个国家和国际标准和认证要求将设备产生的振动和可闻噪声限制在某个可接受的水平。


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