電機電磁噪聲計算軟件（半解析法）

軟件(jian)開發(fa)背(bei)景

電機電磁噪(zao)聲的(de)預(yu)(yu)(yu)測(ce)一(yi)般需要建(jian)立多(duo)物理場模(mo)(mo)(mo)型，先建(jian)立預(yu)(yu)(yu)測(ce)電磁力的(de)電磁模(mo)(mo)(mo)型，然后建(jian)立預(yu)(yu)(yu)測(ce)結構振動特(te)性(xing)(xing)的(de)結構模(mo)(mo)(mo)型，最后建(jian)立預(yu)(yu)(yu)測(ce)聲輻射特(te)性(xing)(xing)的(de)聲學模(mo)(mo)(mo)型。這三個(ge)物理場模(mo)(mo)(mo)型可(ke)以是解(jie)(jie)析(xi)模(mo)(mo)(mo)型，也可(ke)以是有限元(yuan)模(mo)(mo)(mo)型等。不同的(de)物理模(mo)(mo)(mo)型可(ke)以采用不同的(de)預(yu)(yu)(yu)測(ce)方法(fa)，目前市場上對電機噪(zao)聲的(de)預(yu)(yu)(yu)測(ce)方法(fa)主要是有限元(yuan)法(fa)、解(jie)(jie)析(xi)法(fa)和統(tong)計(ji)能量法(fa)等。

隨著計算(suan)機技術(shu)和數值技術(shu)的(de)快速發(fa)展，有限(xian)元(yuan)法(fa)(fa)已廣泛應(ying)用(yong)(yong)于(yu)(yu)模擬電(dian)(dian)機氣隙(xi)中(zhong)電(dian)(dian)磁(ci)(ci)力的(de)詳細(xi)分(fen)布、電(dian)(dian)機結(jie)構的(de)振(zhen)動和聲學響應(ying)。有限(xian)元(yuan)法(fa)(fa)一般要求對電(dian)(dian)磁(ci)(ci)、結(jie)構和聲學均需建立詳細(xi)的(de)有限(xian)元(yuan)模型，以便考(kao)慮由于(yu)(yu)復雜的(de)結(jie)構局部(bu)細(xi)節（如(ru)齒(chi)形、槽深(shen)、端(duan)蓋(gai)）對振(zhen)動與噪聲的(de)影響。因此，有限(xian)元(yuan)法(fa)(fa)具有預測(ce)精度高(gao)、噪聲機理(li)清(qing)晰、可(ke)視(shi)化(hua)結(jie)果直觀、分(fen)析(xi)結(jie)果可(ke)靠等特點而得到了(le)廣泛的(de)應(ying)用(yong)(yong)，同時也存在計算(suan)效率較低的(de)問(wen)題(ti)，這(zhe)也是(shi)它(ta)最(zui)主(zhu)要的(de)劣勢，此外，對使用(yong)(yong)者的(de)要求也非常(chang)高(gao)，需要使用(yong)(yong)者了(le)解電(dian)(dian)磁(ci)(ci)、結(jie)構、振(zhen)動、噪聲及有限(xian)元(yuan)建模方法(fa)(fa)，盡管(guan)如(ru)此，目前它(ta)仍然是(shi)工(gong)程上(shang)分(fen)析(xi)電(dian)(dian)機噪聲最(zui)受(shou)歡迎(ying)且應(ying)用(yong)(yong)最(zui)為(wei)普遍(bian)的(de)方法(fa)(fa)。

在有(you)(you)(you)限元(yuan)法(fa)(fa)(fa)還(huan)沒有(you)(you)(you)普(pu)及(ji)的(de)(de)(de)二三十年前(qian)(qian)，噪(zao)(zao)聲(sheng)預測基本上只能(neng)通(tong)過(guo)解析(xi)法(fa)(fa)(fa)估算(suan)或者(zhe)試驗測試數據(ju)推斷(duan)。由于(yu)解析(xi)法(fa)(fa)(fa)本身(shen)要(yao)求(qiu)對(dui)所有(you)(you)(you)物理(li)場的(de)(de)(de)計(ji)(ji)(ji)算(suan)均采用(yong)理(li)論或者(zhe)經驗公式，比如電(dian)磁力、結(jie)構(gou)(gou)模態(tai)、振(zhen)動和(he)聲(sheng)功率等計(ji)(ji)(ji)算(suan)都采用(yong)經驗公式，我(wo)們(men)知道，針對(dui)復雜的(de)(de)(de)電(dian)磁方案和(he)電(dian)機結(jie)構(gou)(gou)，理(li)論本身(shen)需要(yao)對(dui)模型(xing)進行一(yi)定的(de)(de)(de)簡(jian)化，有(you)(you)(you)時候電(dian)磁力和(he)結(jie)構(gou)(gou)模態(tai)的(de)(de)(de)計(ji)(ji)(ji)算(suan)（一(yi)般要(yao)求(qiu)將(jiang)定子基殼(ke)體簡(jian)化為(wei)圓(yuan)柱殼(ke)模型(xing)進行分(fen)析(xi)）等會存(cun)在一(yi)定的(de)(de)(de)誤差，導致其最終的(de)(de)(de)噪(zao)(zao)聲(sheng)計(ji)(ji)(ji)算(suan)結(jie)果精(jing)度并不高(gao)。但(dan)是基于(yu)經典理(li)論的(de)(de)(de)解析(xi)法(fa)(fa)(fa)可以快(kuai)速獲得噪(zao)(zao)聲(sheng)計(ji)(ji)(ji)算(suan)結(jie)果，計(ji)(ji)(ji)算(suan)效率高(gao)是其最大(da)的(de)(de)(de)優勢，而(er)劣勢就是計(ji)(ji)(ji)算(suan)精(jing)度較差，目前(qian)(qian)在市(shi)面上也有(you)(you)(you)一(yi)定的(de)(de)(de)應用(yong)，但(dan)是遠未達到有(you)(you)(you)限元(yuan)法(fa)(fa)(fa)那樣普(pu)及(ji)的(de)(de)(de)程度。

統(tong)計能量法SEA可以(yi)作為復雜結(jie)構振動和聲學分(fen)(fen)析的(de)工具，尤(you)其是高(gao)頻聲學問(wen)題的(de)分(fen)(fen)析。統(tong)計能量法本身(shen)也是一種解(jie)析法，它要求(qiu)建(jian)立的(de)子系統(tong)的(de)模態密度必須足夠的(de)高(gao)(例如分(fen)(fen)析帶寬內的(de)模態密度一般要求(qiu)超(chao)過5，而對于分(fen)(fen)析含低模態密度子(zi)系統的(de)動力學或(huo)者聲學問題是很不準確的(de)，也(ye)就(jiu)是說(shuo)它(ta)(ta)主(zhu)要適(shi)用于模(mo)(mo)態密度較(jiao)高的(de)中高頻(pin)問題，但(dan)是對模(mo)(mo)態相對比較(jiao)稀(xi)少的(de)低頻(pin)問題，統計能量法的(de)計算精度就(jiu)會比較(jiao)差，另外它(ta)(ta)主(zhu)要是獲(huo)得一些趨勢性預測結果(guo)，因此，該方法主(zhu)要在大型裝(zhuang)飾(shi)件如汽車聲學包、船舶艙室(shi)噪聲問題應用較(jiao)多(duo)，對于電機噪聲的(de)分析(xi)工程上極少有(you)人使用。

是否(fou)存在一種方法(fa)既(ji)可以高效計算(suan)(suan)(suan)電機(ji)電磁(ci)(ci)(ci)噪聲，同時也具有一定的(de)(de)(de)計算(suan)(suan)(suan)精度？半解析(xi)法(fa)就(jiu)是為解決此問題(ti)(ti)應運而生(sheng)的(de)(de)(de)，它(ta)既(ji)克服有限元(yuan)(yuan)法(fa)計算(suan)(suan)(suan)效率(lv)低的(de)(de)(de)問題(ti)(ti)，同時也克服純(chun)解析(xi)法(fa)計算(suan)(suan)(suan)精度較(jiao)差的(de)(de)(de)問題(ti)(ti)。其基本思想是針對(dui)電磁(ci)(ci)(ci)力的(de)(de)(de)計算(suan)(suan)(suan)采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)有限元(yuan)(yuan)法(fa)，這是因為電機(ji)電磁(ci)(ci)(ci)場(chang)一般采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)二(er)維求解，計算(suan)(suan)(suan)效率(lv)較(jiao)高，可以快(kuai)速(su)獲得精確的(de)(de)(de)電磁(ci)(ci)(ci)力計算(suan)(suan)(suan)結(jie)果(guo)；而結(jie)構模態可以采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)解析(xi)解，也可以使用(yong)(yong)(yong)測試值或者有限元(yuan)(yuan)計算(suan)(suan)(suan)值；對(dui)于振動與(yu)聲功率(lv)一般采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)經驗(yan)公式計算(suan)(suan)(suan)。也就(jiu)是說該(gai)方法(fa)一部(bu)分模型采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)有限元(yuan)(yuan)法(fa)，另(ling)外(wai)一部(bu)分模型采(cai)(cai)用(yong)(yong)(yong)解析(xi)法(fa)，這就(jiu)是我們(men)所(suo)說的(de)(de)(de)半解析(xi)法(fa)。

它既保證(zheng)了(le)較高的計算(suan)效(xiao)率，同(tong)時也保證(zheng)了(le)一(yi)定(ding)的計算(suan)精度，因此(ci)，可以用于不同(tong)方(fang)案之間的快速對比，在電機噪聲預(yu)測上(shang)也就(jiu)有其用武之地。我們在半解析法理論(lun)基(ji)礎(chu)上(shang)開發了(le)電機電磁(ci)噪聲計算(suan)軟件(jian)（半解析法），并形成了(le)電機電磁(ci)噪聲分析流程規范，用于電機電磁(ci)噪聲的前期預(yu)測及優化分析的工程實踐中，電磁(ci)噪聲計算(suan)軟件(jian)（半解析法）主(zhu)要功能(neng)介紹如下：

電機(ji)電磁(ci)噪聲計(ji)算軟件（半解析法）主(zhu)要(yao)功能介紹

軟件界面介紹

（1）軟(ruan)件名稱：電磁(ci)噪(zao)聲(sheng)計(ji)算軟件（半解(jie)析法）。

（2）軟(ruan)件界面如(ru)下圖所示，主(zhu)要包括：菜單欄(lan)、工程樹(shu)圖、屬(shu)性設置、繪圖(tu)區、圖表及曲線屬(shu)性設置等區域。

圖2-1軟(ruan)件(jian)界(jie)面示(shi)意圖

電磁(ci)力結果(guo)處理功能

電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)軟件(jian)(jian)計算(suan)輸出氣隙磁(ci)(ci)(ci)密后，利(li)用電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)力(li)計算(suan)軟件(jian)(jian)計算(suan)得到電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)力(li)載荷文(wen)件(jian)(jian)，可(ke)以(yi)包括不同的空間階次及頻(pin)率階次力(li)載荷信息。然后可(ke)以(yi)通過電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)噪(zao)聲軟件(jian)(jian)讀入電(dian)(dian)磁(ci)(ci)(ci)力(li)載荷文(wen)件(jian)(jian)進行結(jie)果后處理(li)。