1 前言

目前，新源汽车电机的噪声问题变得越来越突出，电机的电磁振动噪声是设计人员研究的热点问题，而电磁振动噪声的激励源电磁力波至关重要。本文基于Motor-CAD对永磁同步电机进行电磁振动噪声（E-NVH）仿真分析，为永磁同步电机的E-NVH分析提供理论依据，并为永磁同步电机的E-NVH提供优化途径。Motor-CAD是全球领先的新能源汽车电机选型分析及设计软件，用于新能源汽车电机的选型匹配，优化设计，竞品分析，拆解分析等。开发至今，已被全球主要的整车生产企业、电机生产商、科研机构及高校等广泛使用。Motor-CAD集成化软件包，可在选型、设计阶段高效地对电机进行电磁和热性能测试；软件包括：电磁（EMag）、热（Therm）、机械模块（Mechanical）和虚拟实验室（Lab）四个模块，可在几分钟内精确评估电磁、热和电磁振动噪声特性。

2 基于Motor-CAD的E-NVH仿真分析

2.1 Motor-CAD 软件中的电机模型

本例以一台48S8P永磁同步电机为例，对电机的电磁噪声进行仿真分析。通过Motor-CAD中的Mechanical模块对电机E-NVH进行仿真分析，为后续的降噪方案提供思路。表1所示为电机的主要结构参数。

表1 电机的主要结构参数

主体结构及其尺寸 (mm)

定子铁芯外径

190

定子铁芯内径

122

定、转子铁芯长度

119

气隙长度

1

最大转速rpm

10000

转子铁芯外径

120

引出线端绕组端部的轴向长度

39

转子铁芯内径

40

Motor-CAD 是专业的电机设计软件包括电磁、热、振动噪声及机械应力等模块，并且可通过软件参数化模板，快速建立电机模型，无需复杂的几何画图等。下图所示电机的Motor-CAD模型图及电磁计算磁场分布图。

图1 样机轴向及轴向结构图

图2 磁密云图

2.2 Motor-CAD 分析E-NVH前准备

2.2.1 在应用Motor-CAD 分析电机电磁噪声时，需要对气隙磁密进计算。并需要对气隙进行加密处理，如下图所示为电机气隙加密操作。在对气隙加密时，加密点数为槽数极数最小公倍数。

图3 气隙加密设置

2.2.2 在进行电磁噪声计算时，必须电磁计算完成后才能切换到机械模块进行设置，下图所示为进行集中力设置，主要包括：齿部节点数和节点包含实际点数。

图4 定子齿部集中力设置

2.3 Motor-CAD 单点工况E-NVH仿真分析

2.3.1 单点工况分析具体设置

在进行单点工况分析时，需要进行工况点激励设置下图所示为单点工况分析激励设置—3200rpm@223N.m。具体的是3个步骤：1.添加需要计算的工况；2.计算电机外特性曲线；3.计算对应工况的电磁力、振动噪声等。

图5 定子齿部集中力设置

2.3.2 模态及电磁力计算结果分析

在计算完成后，需对结果进行分析。Motor-CAD包含了丰富的后处理功能。下图所示为模态计算结果，包括了模态等效集中质量、等效集中刚度及模态固有频率。

图6 定子模态计算结果在分析电磁振动噪声时，主要是分析靠近定子侧的电磁力。下图所示为电机气隙一点径向力随时间变化波形及fft，从中我们可以得到各次谐波幅值大小。

图7 电磁力计算结果下图所示为电机气隙时空波形及其傅里叶分解，从中我们可以得到各次谐波幅值大小。

图8 电磁力计算结果下图所示为电机气隙径向力时空波形及其二位傅里叶分解。从中可以看到各次谐波值。

图9 电机径向磁密时空波形及其二维傅里叶分解

2.3.3 电磁振动结果分析：

下图所示为定子静态位移，从中可知，0阶0倍频静态位移和8阶2倍频静态位移较大，由2.3.2节可知这是因为此电磁力较大。

图10 电机定子静态位移下图所示是定子模态放大系数，在各阶模态固有频率处放大系数较大。

图11 定子模态放大系数下图所示为动态位移，由图可知0阶0倍频静态位移和8阶2倍频静态位移较大，由2.3.2节可知这是因为电磁力大的。

图12 电机定子动态位移下图所示为振动速度和振动加速度，由图可知0阶和8阶振动速度、加速度较大。

图13 电机定子振动速度

图14 电机定子振动加速度

2.3.4 电磁噪声结果分析

下图所示为电机定子辐射声功率，从中可知0阶12倍频，8阶10倍频14倍频辐射声功率较大。

图15 电机定子辐射声功率

2.4 Motor-CAD 变速工况E-NVH仿真分析

2.4.1 变速工况具体设置

在进行变速工况分析时，需要进行工况点激励设置下图所示为最大外特性曲线。具体的是4个步骤： 1.计算电机外特性曲线；2.添加需要计算的工况；3.计算对应工况的电流、电流角等；4.计算变速电磁力、振动噪声。

图16 电机变速工况电磁振动噪声分析步骤

2.4.2 变速电磁噪声结果分析

Motor-CAD包含了丰富的噪声后处理功能，下图所示为噪声阶次分析结果，噪声值由最大到小分列，由图可知，0阶12倍频所产生的噪声最大，8阶14倍频次之；产生噪声的来源主要是0阶、8阶电磁力波。

图17 电机噪声阶次图下图所示为电磁噪声瀑布图，由图中的结果分析可知，噪声主要由两个共振带引起，分别为0阶模态和8阶模态。

图18 电机噪声瀑布图下图所示为Motor-CAD软件计算得到的各次电磁力波引起的噪声瀑布图，由图中的结果分析可知，噪声主要由两个共振带引起，分别为0阶模态和8阶模态。

图19 各阶电磁力波引起的电磁噪声瀑布图

3 结论

本文对一台48S8P电机噪声进行分析，可知噪声来源主要为：1.结构的0阶、8阶模态；2.电磁力波的0阶12倍频，8阶14倍频。利用Motor-CAD进行电机电磁噪声分析。从中可以分析出电机噪声来源，为电机的电磁振动噪声提供改进依据。