电机电磁噪声计算软件（半解析法）

软件开发背景

电机电磁噪声的预测一般需要建立多物理场模型，先建立预测电磁力的电磁模型，然后建立预测结构振动特性的结构模型，最后建立预测声辐射特性的声学模型。这三个物理场模型可以是解析模型，也可以是有限元模型等。不同的物理模型可以采用不同的预测方法，目前市场上对电机噪声的预测方法主要是有限元法、解析法和统计能量法等。

随着计算机技术和数值技术的快速发展，有限元法已广泛应用于模拟电机气隙中电磁力的详细分布、电机结构的振动和声学响应。有限元法一般要求对电磁、结构和声学均需建立详细的有限元模型，以便考虑由于复杂的结构局部细节（如齿形、槽深、端盖）对振动与噪声的影响。因此，有限元法具有预测精度高、噪声机理清晰、可视化结果直观、分析结果可靠等特点而得到了广泛的应用，同时也存在计算效率较低的问题，这也是它最主要的劣势，此外，对使用者的要求也非常高，需要使用者了解电磁、结构、振动、噪声及有限元建模方法，尽管如此，目前它仍然是工程上分析电机噪声最受欢迎且应用最为普遍的方法。

在有限元法还没有普及的二三十年前，噪声预测基本上只能通过解析法估算或者试验测试数据推断。由于解析法本身要求对所有物理场的计算均采用理论或者经验公式，比如电磁力、结构模态、振动和声功率等计算都采用经验公式，我们知道，针对复杂的电磁方案和电机结构，理论本身需要对模型进行一定的简化，有时候电磁力和结构模态的计算（一般要求将定子基壳体简化为圆柱壳模型进行分析）等会存在一定的误差，导致其最终的噪声计算结果精度并不高。但是基于经典理论的解析法可以快速获得噪声计算结果，计算效率高是其最大的优势，而劣势就是计算精度较差，目前在市面上也有一定的应用，但是远未达到有限元法那样普及的程度。

统计能量法SEA可以作为复杂结构振动和声学分析的工具，尤其是高频声学问题的分析。统计能量法本身也是一种解析法，它要求建立的子系统的模态密度必须足够的高(例如分析带宽内的模态密度一般要求超过5，而对于分析含低模态密度子系统的动力学或者声学问题是很不准确的，也就是说它主要适用于模态密度较高的中高频问题，但是对模态相对比较稀少的低频问题，统计能量法的计算精度就会比较差，另外它主要是获得一些趋势性预测结果，因此，该方法主要在大型装饰件如汽车声学包、船舶舱室噪声问题应用较多，对于电机噪声的分析工程上极少有人使用。

是否存在一种方法既可以高效计算电机电磁噪声，同时也具有一定的计算精度？半解析法就是为解决此问题应运而生的，它既克服有限元法计算效率低的问题，同时也克服纯解析法计算精度较差的问题。其基本思想是针对电磁力的计算采用有限元法，这是因为电机电磁场一般采用二维求解，计算效率较高，可以快速获得精确的电磁力计算结果；而结构模态可以采用解析解，也可以使用测试值或者有限元计算值；对于振动与声功率一般采用经验公式计算。也就是说该方法一部分模型采用有限元法，另外一部分模型采用解析法，这就是我们所说的半解析法。

它既保证了较高的计算效率，同时也保证了一定的计算精度，因此，可以用于不同方案之间的快速对比，在电机噪声预测上也就有其用武之地。我们在半解析法理论基础上开发了电机电磁噪声计算软件（半解析法），并形成了电机电磁噪声分析流程规范，用于电机电磁噪声的前期预测及优化分析的工程实践中，电磁噪声计算软件（半解析法）主要功能介绍如下：