一种电机转子偏心工况下的电机振动噪声仿真方法技术

本发明专利技术涉及振动噪声仿真领域，具体涉及一种电机转子偏心工况下的电机振动噪声仿真方法，包括以下步骤：1）建立待测电机的三维模型、三维电机总成结构有限元模型、电机噪声辐射声场模型；2）建立待测电机对应的二维电磁场仿真模型；3）获取电机转子偏心工况下的定子齿部表面、转子表面的电磁力形成的等效力；4）获取激励荷载加载完毕后的三维电机总成结构有限元模型；5）获取该待测电机在电机转子偏心工况下的振动速度响应仿真数据，以及噪声仿真数据。本发明专利技术与现有技术比较，把“转子偏心工况下，转子总成受到的电磁力才是主要振动噪声激励源”纳入考量范畴，使整个仿真过程符合实际情况，后期可以根据仿真结果对电机结构精准优化。后期可以根据仿真结果对电机结构精准优化。后期可以根据仿真结果对电机结构精准优化。

【技术实现步骤摘要】
一种电机转子偏心工况下的电机振动噪声仿真方法


[0001]本专利技术涉及振动噪声仿真领域，具体涉及一种电机转子偏心工况下的电机振动噪声仿真方法。

技术介绍

[0002] 众所周知，振动和噪声往往是有害的，而振动和噪声的成因复杂，两者又息息相关，往往噪声的大小就反应了振动的强度。就电机而言，振动和噪声超过规定的量值会对电机的结构强度产生诸多不良影响：低频大振幅振动会引起结构的局部动应力过大，有可能造成结构的一次性破坏；高频振动和强噪声，会影响结构的使用寿命， 特别是当结构萌生疲劳裂纹后，通常会加速裂纹的扩展，从而造成结构的疲劳破坏。
[0003]特别是当电机在转子偏心工况下运转时，往往会因为高频振动而产生强噪声，对电机的使用寿命造成巨大影响。而减振降噪最好的办法不是在出现振动和噪声问题后再设法解决，而是在电机的设计阶段就要把振动和噪声控制指标要求纳入设计目标。为了优化电机结构来达到减振降噪的目的，通常会通过仿真实验来模拟转子偏心工况，并通过计算得到该工况下的电机振动以及噪声强度。
[0004]例如，公开号为CN115730407A的《一种电机振动噪声分析方法、装置、设备及存储介质》考虑了转子偏心情况下电机电磁力谐波频率和空间阶次分布的对电机振动噪声的影响，建立转子偏心工况下的二维电磁场计算模型来计算电磁力，并将电磁力直接加载到电机的有限元模型上，最后通过积分的方式快速计算电机壳体表面的振动响应和辐射噪声。
[0005]这样一来，通过电机壳体表面的振动响应和辐射噪声计算结果就能够找到该电机在转子偏心工况下结构薄弱的位置，并对相应的结构参数加以调整，以期达到抑制振动，降低噪声的目的。
[0006]但是，公开号为CN115730407A的《一种电机振动噪声分析方法、装置、设备及存储介质》采用二维电磁场计算模型只计算转子偏心工况下该电机的定子齿部电磁力。但是在转子偏心工况下，转子总成受到的电磁力才是主要振动噪声激励源，仅仅使用定子齿部电磁力来计算得到的振动响应以及辐射噪声，并不符合实际工况。利用这种方式得到的仿真结果来对电机结构进行优化调整，不但费时费力，而且还不能完全达到减振降噪的目的，与实际情况的误差十分大。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种电机转子偏心工况下的电机振动噪声仿真方法，不但采用电磁场有限元仿真模型计算出转子偏心工况下该电机的定子齿部表面电磁力，还计算出该电机转子表面的电磁力，把“转子偏心工况下，转子总成受到的电磁力才是主要振动噪声激励源”纳入考量范畴，使整个仿真过程符合实际情况，以保证后期可以根据仿真结果对电机结构精准调节，大大提高减振降噪的效果。
[0008]本专利技术的目的是采用下述方案实现的：
一种电机转子偏心工况下的电机振动噪声仿真方法，包括以下步骤：1）在三维建模软件中建立待测电机的三维模型，再根据待测电机的三维模型在CAE仿真软件中建立三维电机总成结构有限元模型，并根据三维电机总成结构有限元模型的外包络面，以及各声音测点位置，定义声场辐射区域，形成电机噪声辐射声场模型；2）根据待测电机的三维模型在电磁仿真软件中建立该待测电机对应的二维电磁场仿真模型，用于表征该待测电机的定子、转子对应的电磁场；3）在电磁仿真软件中利用二维电磁场仿真模型获取电机转子偏心工况下的定子齿部表面、转子表面各单元节点的电磁力,并分别计算定子齿部表面、转子表面的电磁力形成的等效力；4）在CAE仿真软件中将定子齿部表面、转子表面的电磁力形成的等效力作为激励荷载，加载到三维电机总成结构有限元模型上，得到激励荷载加载完毕后的三维电机总成结构有限元模型；5）在CAE仿真软件中利用模态叠加法计算激励荷载加载完毕后的三维电机总成结构有限元模型在电机转子偏心工况下的振动速度响应数据，作为该待测电机在电机转子偏心工况下的振动速度响应仿真数据，并根据电机噪声辐射声场模型以及激励荷载加载完毕后的三维电机总成结构有限元模型在电机转子偏心工况下的振动速度响应数据，获取电机噪声辐射声场模型在电机转子偏心工况下的噪声数据，作为该待测电机在电机转子偏心工况下的噪声仿真数据。
[0009]优选地，所述三维建模软件为Solidworks，或者Catia，或者Creo。
[0010]优选地，步骤1）中所述三维电机总成结构有限元模型的建立过程如下：1
‑
1) 将待测电机的三维模型导入CAE仿真软件；1
‑
2）对待测电机各部分均进行有限元网格的划分，分别得到待测电机各部分对应的有限元模型；1
‑
3）根据待测电机各部分的实际连接关系将待测电机各部分对应的有限元模型组合在一起，装配成三维电机总成结构有限元模型；1
‑
4）赋予待测电机各部分对应的有限元模型的材料属性。
[0011]优选地，步骤2）中所述待测电机对应的二维电磁场仿真模型的具体建立过程如下：2
‑
1）将待测电机的三维模型导入电磁仿真软件，得到待测电机各个部件的旋转网格单元节点、固定网格单元节点；2
‑
2）根据电机实际转子偏心量建立转子坐标系；2
‑
3）建立待测电机的三维模型中各个部件的机械运动属性；2
‑
4）通过滑移网格建立旋转网格单元节点、固定网格单元节点之间机械力的传递关系；2
‑
5）设置待测电机的三维模型中各个部件的物理属性。
[0012]优选地，在步骤3）中获取电机转子偏心工况下的定子齿部表面、转子表面各单元节点的电磁力的具体过程如下：3
‑
1）根据二维电磁场仿真模型，建立用于仿真模拟待测电机定子绕组电路的测试电路模型；
3
‑
2）设置测试电路模型的运行参数后，对待测电机进行有限元网格的划分，并调节气隙网格密度，得到待测电机对应的电磁场有限元仿真模型；3
‑
3）设置待测电机在电机转子偏心工况下的工况运行参数、电周期以及步长；3
‑
4）采用麦克斯韦应力张量法分别计算定子齿部表面以及转子表面各单元节点的电磁力。
[0013]优选地，在步骤4）中，将定子齿部表面、转子表面的电磁力形成的等效力作为激励荷载，加载到三维电机总成结构有限元模型之前，对各个等效力进行频域变换，得到定子齿部表面、转子表面的电磁力形成的等效力在频域中对应的幅值以及相位荷载信息，再将定子齿部表面、转子表面的电磁力形成的等效力在频域中对应的幅值以及相位荷载信息加载到三维电机总成结构有限元模型上，得到激励荷载加载完毕后的三维电机总成结构有限元模型。
[0014]优选地，所述频域变换的方式为快速傅里叶变换，或者小波变换。
[0015]优选地，步骤5）中所述振动速度响应数据的具体获取过程如下：5
‑
1）设置分析频率范围，计算三维电机总成结构有限元模型的模态；5
‑
2）将CAE仿真软件的频率响应分析方法选项设置为模态叠加法；5
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3）设置仿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电机转子偏心工况下的电机振动噪声仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：1）在三维建模软件中建立待测电机的三维模型，再根据待测电机的三维模型在CAE仿真软件中建立三维电机总成结构有限元模型，并根据三维电机总成结构有限元模型的外包络面，以及各声音测点位置，定义声场辐射区域，形成电机噪声辐射声场模型；2）根据待测电机的三维模型在电磁仿真软件中建立该待测电机对应的二维电磁场仿真模型，用于表征该待测电机的定子、转子对应的电磁场；3）在电磁仿真软件中利用二维电磁场仿真模型获取电机转子偏心工况下的定子齿部表面、转子表面各单元节点的电磁力,并分别计算定子齿部表面、转子表面的电磁力形成的等效力；4）在CAE仿真软件中将定子齿部表面、转子表面的电磁力形成的等效力作为激励荷载，加载到三维电机总成结构有限元模型上，得到激励荷载加载完毕后的三维电机总成结构有限元模型；5）在CAE仿真软件中利用模态叠加法计算激励荷载加载完毕后的三维电机总成结构有限元模型在电机转子偏心工况下的振动速度响应数据，作为该待测电机在电机转子偏心工况下的振动速度响应仿真数据，并根据电机噪声辐射声场模型以及激励荷载加载完毕后的三维电机总成结构有限元模型在电机转子偏心工况下的振动速度响应数据，获取电机噪声辐射声场模型在电机转子偏心工况下的噪声数据，作为该待测电机在电机转子偏心工况下的噪声仿真数据。2.根据权利要求1所述电机转子偏心工况下的电机振动噪声仿真方法，其特征在于，所述三维建模软件为Solidworks，或者Catia，或者Creo。3.根据权利要求1所述电机转子偏心工况下的电机振动噪声仿真方法，其特征在于，步骤1）中所述三维电机总成结构有限元模型的建立过程如下：1
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1) 将待测电机的三维模型导入CAE仿真软件；1
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2）对待测电机各部分均进行有限元网格的划分，分别得到待测电机各部分对应的有限元模型；1
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3）根据待测电机各部分的实际连接关系将待测电机各部分对应的有限元模型组合在一起，装配成三维电机总成结构有限元模型；1
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4）赋予待测电机各部分对应的有限元模型的材料属性。4.根据权利要求1所述电机转子偏心工况下的电机振动噪声仿真方法，其特征在于，步骤2）中所述待测电机对应的二维电磁场仿真模型的具体建立过程如下：2
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1）将待测电机的三维模型导入电磁仿真软件，得到待测电机各个部件的旋转网格单元节点、固定网格单元节点；2
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2）根据电机实际转子偏心量建立转子坐标系；2
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3）建立待测电机的三维模型中各个部件的机械运动属性；2
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4）通过滑移网格建立旋转网格单元节点、固定网格单元节点之间机械力的传递关系；2
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5）设置待测...

【专利技术属性】
技术研发人员：文智，张小发，苏岭，徐章禄，周峰，
申请(专利权)人：中国长安汽车集团有限公司，
类型：发明
国别省市：