CN115730407A - 一种电机振动噪声分析方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

一种电机振动噪声分析方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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CN115730407A CN202211517947.0A CN202211517947A CN115730407A CN 115730407 A CN115730407 A CN 115730407A CN 202211517947 A CN202211517947 A CN 202211517947A CN 115730407 A CN115730407 A CN 115730407A
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李贵
张�杰
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Abstract

本申请公开了一种电机振动噪声分析方法、装置、设备及存储介质，上述方法包括：建立电机的有限元模型和电机转子偏心工况下的二维电磁场计算模型；基于二维电磁场计算模型进行仿真计算，得到仿真电磁力；基于上述仿真电磁力，对有限元模型进行振动噪声积分计算，得到电机外声场响应，电机外声场响应表征电机的电磁振动辐射噪声的分析结果。本申请通过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，并将电磁力加载到电机的有限元模型上，减少中间节点映射的误差，提高电机振动噪声计算的准确性，并通过积分计算的方式快速计算电机壳体表面的振动响应和辐射噪声，避免了构建额外的声场有限元或者边界元模型，提高了计算效率。

Description

一种电机振动噪声分析方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请涉及电机振动噪声领域，尤其涉及一种电机振动噪声分析方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
永磁同步电机具有结构简单、体积小、效率高、功率因数高等优点，在社会生产的方方面面得到广泛应用。电机的振动噪声会使电机的工作效率下降，甚至造成电机损坏，通过仿真计算电机的振动噪声，需要考虑的变量多，增大了仿真计算的工作量和繁重程度。
发明内容
为了解决上述提出的至少一个技术问题，考虑转子偏心对电机振动噪声的影响并且提高电机振动噪声仿真计算的效率，本申请提出了一种电机振动噪声分析方法。
根据本申请公开的一方面，提供了一种电机振动噪声分析方法，上述方法包括：
基于电机的三维模型建立上述电机的有限元模型；
建立上述电机转子偏心工况下的二维电磁场计算模型；
对上述二维电磁场计算模型进行仿真计算，得到仿真电磁力，上述仿真电磁力表征上述电机的定子齿部表面节点的二维空间磁场力；
基于上述仿真电磁力，对上述有限元模型进行振动噪声积分计算，得到电机外声场响应，上述电机外声场响应表征上述电机的电磁振动噪声分析结果。
在一些可能的实施方式中，上述基于上述仿真电磁力，对上述有限元模型进行振动噪声积分计算，得到电机外声场响应，包括：
将上述仿真电磁力作为激励载荷，加载至上述有限元模型，得到待分析有限元模型；
设置转子偏心工况下的参数，对上述待分析有限元模型进行贡献量分析，得到贡献量分析结果，上述贡献量分析结果表征电机壳体结构模态对上述电机的振动和噪声的贡献量；
对上述贡献量分析结果进行模态叠加处理，得到电机机体振动速度响应；
基于上述电机机体振动速度响应进行积分计算，得到上述电机外声场响应。
在一些可能的实施方式中，上述基于上述电机机体振动速度进行积分计算，得到上述电机外声场响应，包括：
将上述电机机体振动速度响应作为积分边界条件，进行声场积分运算，得到各个离散声源的外声场响应；
对上述各个离散声源的外声场响应进行线性叠加，得到上述电机外声场响应。
在一些可能的实施方式中，上述对上述二维电磁场计算模型进行仿真计算，得到仿真电磁力之后，上述方法还包括：
计算上述电机的电磁力时空阶次特征的理论值，上述时空阶次特征的包括谐波频率和空间阶次特征；
获取上述仿真电磁力的时空阶次特征仿真值；
在上述时空阶次特征的理论值和上述时空阶次特征仿真值相符合的情况下，将上述仿真电磁力用于振动噪声积分计算。
在一些可能的实施方式中，上述获取上述仿真电磁力的时空阶次特征仿真值，包括：
对上述仿真电磁力进行维度变换，得到三维空间电磁力；
将上述三维空间电磁力进行积分变换处理，得到上述时空阶次特征仿真值。
在一些可能的实施方式中，上述基于电机三维模型建立电机的有限元模型之后，上述方法还包括：
基于上述电机的三维模型建立电机试验模态模型；
基于上述电机试验模态模型进行电机参数测试，得到模电机参数；
在上述有限元电机参数与上述模态电机参数相符合的情况下，将上述有限元模型用于振动噪声积分计算。
根据本申请公开的第二方面，提供了一种电机振动噪声分析装置，上述装置包括：
有限元模型模块，用于基于电机的三维模型建立电机的有限元模型；
电磁场计算模型模块，用于建立转子偏心工况下的二维电磁场计算模型；
仿真模块，用于对上述二维电磁场计算模型进行仿真计算，得到仿真电磁力，上述仿真电磁力表征上述电机的定子齿部表面节点的二维空间磁场力；
振动噪声仿真模块，用于基于上述仿真电磁力，对上述有限元模型进行振动噪声积分计算，得到电机外声场响应，上述电机外声场响应表征上述电机的电磁振动辐射噪声分析结果。
根据本申请公开的第三方面，提供了一种电机振动噪声分析设备，上述设备包括处理器和存储器，上述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，上述至少一条指令或上述至少一段程序由上述处理器加载并执行以实现上述的一种电机振动噪声分析方法。
根据本申请公开的第四方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，上述计算机程序指令被处理器执行时实现上述的一种电机振动噪声分析方法。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本申请。
实施本申请，具有如下有益效果：
本申请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，减少了中间节点映射误差，提高电机振动噪声计算的准确性，并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，避免了构建额外的声场有限元或者边界元模型，提高了计算效率。
本申请对于电机的有限元模型和仿真电磁力的时空阶次特征都进行了验证的方法，再将其投入到振动噪声积分计算中，确保了模型的准确性和计算的准确性以及合理性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1示出本申请实施例的电机振动噪声分析方法流程示意图；
图2示出本申请实施例的电机定子绕组机壳有限元模型；
图3示出本申请实施例的电机绕组电路及电磁场有限元模型；
图4示出本申请实施例的电机振动噪声积分计算方法流程示意图一；
图5示出本申请实施例的电机表面节点振动位移响应模态贡献量排序图；
图6示出本申请实施例的电机机壳振动位移响应图；
图7示出本申请实施例的积分计算方法流程示意图；
图8示出本申请实施例的仿真电磁力验证方法流程示意图；
图9示出本申请实施例的电机振动噪声积分计算方法流程示意图二；
图10示出本申请实施例的电磁力谐波频率和空间阶次分布特征仿真计算输出图；
图11示出本申请实施例的电磁力谐波频率和空间阶次分布特征理论计算输出图；
图12示出本申请实施例的电机定子齿部表面节点径向和切向电磁力模型图；
图13示出本申请实施例的电磁力谐波频率和空间阶次分布特征仿真计算方法流程示意图；
图14示出本申请实施例的有限元模型验证方法流程示意图；
图15示出本申请实施例的电机振动噪声分析装置框图；
图16示出本申请实施例的一种电子设备的结构框图一；
图17示出本申请实施例的一种电子设备的结构框图二。
具体实施方式
下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
另外，为了更好地说明本申请，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。
根据本申请公开的一方面，请参阅图1，图1示出本申请实施例的电机振动噪声分析方法流程示意图，提供了一种电机振动噪声分析方法，上述方法包括：
步骤S101：基于电机的三维模型建立上述电机的有限元模型；
在一个具体的实施例中，可以通过将电机的三维模型导入有限元软件的方式来建立有限元模型，其中，可以采用ANSYS、Flux以及JMAG等有限元软件，可以理解的是，本申请对具体采用的有限元软件不做限定。将电机的三维模型导入有限元软件后，可以采用几何分解法对电机机壳进行网格划分，网格划分可以采用有限元软件内置网格划分功能。本申请给出的示例中，采用几何分解法对电机机壳进行网格划分可以使节点和网格单元同步生成，该方法考虑了待分域的几何特征，确保生成高品质的网格单元，并且便于后续振动噪声积分计算的进行。
在一个具体的实施例中，对电机机壳进行网格划分后，可以根据质量等效原则建立相应的有限元单元，并与定子建立接触绑定，建立定子与机壳之间的力传递模型并赋予各部分材料属性，例如，可以赋予定子和绕组材料各向异性，赋予机壳材料各向同性。其中，各向同性和各向异性表征材料的物理性质，各向同性表征材料的物理性质与取向无关，各向异性表征材料的物理性质与取向有关。最后将各部分有限元单元装配完成，得到的示例图可以参考图2，图2示出本申请实施例的电机定子绕组机壳有限元模型。
步骤S102：建立上述电机转子偏心工况下的二维电磁场计算模型；
在一个具体的实施例中，根据电机的三维模型在电磁仿真软件中建立二维电磁场计算模型，其中，电磁仿真软件可以采用Ansys Designer这款软件。根据电机实际转子偏心量建立转子坐标系，并建立各部件机械运动属性，电机的气隙可以分为旋转和固定两个部分，通过滑移网格建立旋转网格单元节点和固定网格单元节点的力的传递关系；并建立各部件的物理属性，设置电机三相绕组连接类型，线圈匝数、绕组相电阻、端部漏感等，定义永磁材料材料、定子硅钢片磁化曲线(B(H)曲线)，完成二维电磁场计算模型的建立。
可以理解的是，滑移网格(sliding mesh)可以模拟网格的真实运动，可以精确求解旋转机械问题。
步骤S103：对上述二维电磁场计算模型进行仿真计算，得到仿真电磁力，上述仿真电磁力表征上述电机的定子齿部表面节点的二维空间磁场力；
在一个具体的实施例中，在二维电磁场计算模型的基础上，建立测试电路模型，输入控制电流/电压幅值、波形、控制角等，划分有限元网格，调整气隙网格密度，得到电磁场有限元模型，设置求解工况，计算步长和周期，计算二维空间磁场力。其中，可以通过对上述电机的有限元模型进行定子齿部表面单元网格提取，并将得到的定子齿部表面单元网格文件加载至二维电磁场计算模型的方式，划分有限元网格，保证有限元模型和二维电磁场计算模型的电机定子齿部表面网格节点保持一致，在进行后续振动噪声积分计算时不需要进行额外的映射操作，使得可以将仿真电磁力作为激励载荷加载至有限元模型进行分析。
可以理解的是，本申请中对设置的求解工况的具体数值不做限定，但由于本申请考虑到了转子偏心对电机振动噪声的影响，因此，在设置工况时，需要考虑转子偏心量。测试过程中得到的电机绕组电路和电磁场有限元模型可以参考图3，图3示出本申请实施例的电机绕组电路及电磁场有限元模型，图3中左图为电机绕组电路，右图为电磁场有限元模型。
步骤S104：基于上述仿真电磁力，对上述有限元模型进行振动噪声积分计算，得到电机外声场响应，上述电机外声场响应表征上述电机的电磁振动噪声分析结果。
在本申请的实施例中，通过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，减少了中间节点映射的误差，提高电机振动噪声计算的准确性，并通过积分计算的方式快速计算电机壳体表面的振动响应和辐射噪声，避免了构建额外的声场有限元或者边界元模型，提高了计算效率。
在一个实施例中，请参阅图4，图4示出本申请实施例的电机振动噪声积分计算方法流程示意图一，上述基于上述仿真电磁力，对上述有限元模型进行振动噪声积分计算，得到电机外声场响应，包括：
步骤S401：将上述仿真电磁力作为激励载荷，加载至上述有限元模型，得到待分析有限元模型；
在一个具体的实施例中，可以将上述电磁仿真软件中仿真计算得到的二维空间磁场力作为载荷文件输出，再将载荷文件加载至上述有限元软件中构建的有限元模型上，生成待分析的有限元模型。
步骤S402：设置转子偏心工况下的参数，对上述待分析有限元模型进行贡献量分析，得到贡献量分析结果，上述贡献量分析结果表征电机壳体结构模态对上述电机的振动和噪声的贡献量；
在一个具体的实施例中，可以利用有限元软件中的节点贡献量分析选项进行贡献量分析，本申请的实施例利用贡献量分析，来对电机结构模态的频域响应进行分析，找出振动噪声峰值最大的节点，从而为优化电机的结构提供依据，其中，关于节点，可以使电机定子齿部有限元模型表面单元节点的编号与上述导出的二维空间磁场力节点编号保持一致，以便于后续对节点贡献量的分析。具体使二者编号一致的方法，可以通过将根据有限元模型导出的定子齿部表面单元网格文件加载至二维电磁场计算模型来实现。
在另一个具体的实施例中，请参阅图5，图5示出本申请实施例的电机表面节点振动位移响应模态贡献量排序图，可以通过设置有限元软件中的节点贡献量分析选项输出如图5所示贡献量分析图，图中的横坐标表示每个节点的编号,图中横坐标从左至右依次表示总响应、模态4、模态5、模态9、模态2、模态6、其他，其中不同的模态对应不同频率下的响应；纵坐标表示贡献量，反应的数值是百分比形式的。图中Contributors表示贡献对象，图中的In-Phase表示同相，Out-of-Phase表示异相，贡献量柱状图形在In-Phase区域，表示该贡献对象的贡献量为正，贡献量柱状图形在Out-of-Phase区域，表示该贡献对象的贡献量为负。
对于节点贡献量分析选项的设置需要根据实际情况，由于本申请考虑到转子偏心的影响，因此在设置节点贡献量分析选项时需要设置转子偏心的参数，并且在本申请的实施例中，可以计算离散频率节点贡献量，来减少计算的时间，提高计算效率。
在一个具体的实施例中，贡献量分析的结果是电机机壳的振动位移响应，输出结果图可以参阅图6，图6示出本申请实施例的电机机壳振动位移响应图，图6对应于在计算离散频率节点贡献量时，不同阶数分别对应的电机机壳的振动位移响应图。
步骤S403：对上述贡献量分析结果进行模态叠加处理，得到电机机体振动速度响应；
在一个具体的实施例中，模态叠加处理可以将各频率状态下贡献量分析结果进行线性叠加，得到动态响应分析结果，也就是电机机体振动速度响应。
步骤S404：基于上述电机机体振动速度响应进行积分计算，得到上述电机外声场响应。
在一个具体的实施例中，积分计算可以采用瑞利积分的方式，具体可以利用Matlab软件进行计算，其中，由于在进行贡献量分析时，采用的是对离散频率节点贡献量的分析，那么瑞利积分计算得到的电机外声场响应应为各个离散声源的外声场响应。
在本申请的实施例中，将仿真电磁力加载至有限元模型，进行离散频率的贡献量分析，可以提高仿真计算的效率，再将贡献量分析结果进行模态叠加，可以有效的分析电机定子齿部有限元模型表面节点对电机振动噪声的影响，从而为电机结构的优化提供思路。
在一个实施例中，请参阅图7，图7示出本申请实施例的积分计算方法流程示意图，上述基于上述电机机体振动速度进行积分计算，得到上述电机外声场响应，包括：
步骤S701：将上述电机机体振动速度响应作为积分边界条件，进行声场积分运算，得到各个离散声源的外声场响应；
步骤S702：对上述各个离散声源的外声场响应进行线性叠加，得到上述电机外声场响应。
在一个具体的实施例中，积分运算可以采用瑞利积分计算，将上述各个离散声源的外声场响应通过线性叠加得到整个电机结构的外声场响应。示例性地，进行瑞利积分线性叠加计算时，其原理可以为下述公式：
Figure BDA0003970862570000101
其中，kn＝n2πflc为各次谐波的波数，f为超声频率，c为媒质中的声速，P0＝ρfu0，ρ为媒质密度，u0为电机机体振动速度响应，b为有限元模型中坐标原点到电机机壳边沿的距离，an为各次谐波的衰减系数，R1为坐标原点到面元ds的距离，r为积分面元ds到场点的矢径。
在本申请的实施例中，利用积分计算的方法计算电机外声场响应，相比于通过建立有限元或边界元声场模型的方法，积分计算方法更加方便快捷，提高电机振动噪声分析的效率。
在一个实施例中，请参阅图8，图8示出本申请实施例的仿真电磁力验证方法流程示意图，上述对上述二维电磁场计算模型进行仿真计算，得到仿真电磁力之后，上述方法还包括：
步骤S801：计算上述电机的电磁力时空阶次特征的理论值，上述时空阶次特征的包括谐波频率和空间阶次特征；
步骤S802：获取上述仿真电磁力的时空阶次特征仿真值；
步骤S803：在上述时空阶次特征的理论值和上述时空阶次特征仿真值相符合的情况下，将上述仿真电磁力用于振动噪声积分计算。
在本申请的实施例中，对仿真电磁力进行验证，通过将理论计算结果和仿真计算的结果进行比较，确保仿真电磁力的准确性和合理性，并且，本申请考虑了转子偏心情况下的电磁力时空阶次特征分布对电机振动噪声的影响，使得仿真计算结果在实际应用中更加可靠。
在一个具体的实施例中，请参阅图9，图9示出本申请实施例的电机振动噪声积分计算方法流程示意图二，在电机振动噪声分析的过程中，建立电机二维电磁场有限元计算模型，可以理解的是，图中的2D表征电磁场计算模型是二维空间中的，图中的电机二维电磁场有限元计算模型即为上述二维电磁场计算模型，由于本申请在进行电机的振动噪声分析时，考虑到了电机转子偏心的影响，因此，在建立二维电磁场计算模型时，也要考虑转子偏心，可以通过电机转子几何偏心处理来实现，然后再通过仿真计算转子偏心工况下的电磁力，对得到的电磁力进行时空阶次特征计算，得到时空阶次特征的仿真值，其中，时空阶次特征包括电磁力的谐波频率和空间阶次，同时，通过理论计算得到时空阶次特征的理论值，利用理论值对仿真值进行验证，以确保仿真计算的准确性。
在另一个具体的实施例中，请参阅图10和图11，图10示出本申请实施例的电磁力谐波频率和空间阶次分布特征仿真计算输出图，图11示出本申请实施例的电磁力谐波频率和空间阶次分布特征理论计算输出图，图10反映的是通过有限元软件对电机的仿真电磁力进行时空阶次特征仿真计算的输出图像，即代表了时空阶次特征仿真值，图中平面坐标横轴表示谐波频率，平面坐标纵轴表示空间阶次，图11反映的是时空阶次特征理论值，其理论值的计算可以通过Matlab软件完成，图11可以为Matlab软件的输出图像。
在一个具体的实施例中，请参阅图12，图12示出本申请实施例的电机定子齿部表面节点径向和切向电磁力模型图，图12可以是利用电磁仿真软件对二维电磁场计算模型进行仿真得到的径向电磁力和切向电磁力的图像，通过进一步的仿真计算，得到径向仿真电磁力的谐波频率和空间阶次。并且，在计算时空阶次特征的理论值同样可以对径向电磁力进行计算，根据永磁同步电机理论，径向电磁力的谐波频率和空间阶次与电机的极对数有关，示例地，可以通过下述方法计算电磁力的时空阶次特征理论值：
对整数槽永磁同步电机来说，电机的振动噪声主要是由定子和转子高次谐波磁场相互作用引起的，定子绕组磁场的谐波次数可以通过下述公式计算：
v＝(6k1+1)p,k1＝±1,±2,±3,......
其中，p为电机的极对数。
转子谐波磁场的极对数可以通过下述公式计算：
μ＝(2k2+1)p,k2＝±1,±2,±3,......
空间阶次可以通过下述公式计算：
Figure BDA0003970862570000121
在一个实施例中，请参阅图13，图13示出本申请实施例的电磁力谐波频率和空间阶次分布特征仿真计算方法流程示意图，上述获取上述仿真电磁力的时空阶次特征仿真值，包括：
步骤S1301：对上述仿真电磁力进行维度变换，得到三维空间电磁力；
在一个具体的实施例中，可以利用电磁分析软件将二维空间的仿真电磁力进行维度变换，分析并创建新的三维空间的电磁力。
步骤S1302：将上述三维空间电磁力进行积分变换处理，得到上述时空阶次特征仿真值。
在一个具体的实施例中，可以对三维空间电磁力进行傅里叶变换，利用傅里叶变换对三维空间电磁力的时间域和空间域进行分解，输出的结果可以参阅图10，图10示出本申请实施例的电磁力谐波频率和空间阶次分布特征仿真计算输出图，图10中平面坐标横轴表示谐波频率，平面坐标纵轴表示空间阶次。
在本申请的实施例中，由于仿真电磁力是依据二维电磁场计算模型进行仿真计算得到的，因此仿真电磁力也是二维的，但是由于理论计算得到的时空阶次特征的理论值是三维的，为了便于二者进行比较，需要将二维的仿真电磁力进行维度的变换得到三维仿真电磁力，进而计算其时空阶次特征，再将仿真值和理论值进行比较。
在一个实施例中，上述基于电机三维模型建立电机的有限元模型之后，上述方法还包括：对上述有限元模型进行自由模态仿真计算，得到有限元电机参数。
在本申请的实施例中，对有限元模型进行自由模态仿真，可以得到自由模态下的电机属性参数，即有限元电机参数，以便于对电机的有限元模型进行验证，确保有限元模型能够反映电机的真实情况，保证电机振动噪声分析的准确性，为电机结构优化提供思路。
在一个具体的实施例中，模态仿真实验包括约束模态仿真试验和自由模态仿真试验，自由模态仿真实验指的是对于自由边界的结构进行模态分析，此时结构未受到任何位移约束，可以理解的是，一般的有限元软件中均会提供模态仿真的功能，本申请中的自由模态仿真可以利用有限元软件完成，自由模态仿真仅是基于电机自由状态下的仿真，得到的是电机结构本身固有的特性。
在一个实施例中，请参阅图14，图14示出本申请实施例的有限元模型验证方法流程示意图，上述基于电机三维模型建立电机的有限元模型之后，上述方法还包括：
步骤S1401：基于上述电机的三维模型建立电机试验模态模型；
步骤S1402：基于上述电机试验模态模型进行电机参数测试，得到模态电机参数；
步骤S1403：在上述有限元电机参数与上述模态电机参数相符合的情况下，将上述有限元模型用于振动噪声积分计算。
在本申请的实施例中，建立电机试验模态模型是为了进一步验证有限元模型的可靠性，将电机试验模态模型仿真得到的电机参数和有限元模型在自由模态仿真下得到的有限元电机参数进行比较，来确认有限元模型能否反应电机的真实情况，保证电机振动噪声分析的准确性。
在一个具体的实施例中，可以在模态分析软件中建立电机试验模态模型，也可以在支持模态分析功能的有限元软件中建立电机试验模态模型，例如Ansys软件。根据上述电机自由模态仿真计算的结果布置电机壳体表面轴向和周向振动传感器数量，并对上述电机试验模态模型进行电机参数测试，得到模态电机参数，模态电机参数可以包括电机机体模态频率、模态振型、模态阻尼等参数。可以理解的是，无论是对有限元模型进行自由模态仿真计算，还是对电机试验模态模型进行电机参数测试，二者得到的是电机自由模态下的电机固有属性。
在另一个具体的实施例中，请参阅图9，图9示出本申请实施例的电机振动噪声积分计算方法流程示意图二。建立电机的有限元模型后，对电机有限元模型进行自由模态仿真计算，并建立电机实验模态模型进行电机参数测试，将两个模型试验后的结果进行比较，来确定有限元模型的可靠性；建立二维电磁场计算模型，通过电机转子几何偏心处理来模拟转子偏心的工况，计算转子偏心下的电磁力，得到上述仿真电磁力；还可以根据上述自由模态仿真计算提取定子齿部表面单元网格，利用定子齿部表面单元网格在二维电磁场计算模型中构建声场场点单元网格，使得计算得到的仿真电磁力不需要额外的映射操作，可以直接作为有限元模型的的激励载荷使用；计算电机时空阶次特征的理论值来验证仿真电磁力的可靠性；在仿真电磁力的可靠的情况下，导出电机定子齿部节点电磁力载荷文件，也就是仿真电磁力载荷文件，将上述载荷文件加载至有限元模型，再利用瑞利积分进行声场的计算，得到电机外声场响应，也就是电机结构对振动噪声的影响分析结果。
根据本申请公开的第二方面，提供了一种电机振动噪声分析装置，请参阅图15，图15示出本申请实施例的一种电机振动噪声分析装置的框图，上述装置包括：
有限元模型模块，用于基于电机的三维模型建立电机的有限元模型；
在一个具体的实施例中，上述有限元模型模块还包括自由模态仿真单元，自由模态仿真单元用于对上述有限元模型进行自由模态仿真计算，得到有限元电机参数。
在一个具体的实施例中，上述装置还包括电机参数测试模块，上述电机参数测试模块用于基于上述电机的三维模型建立电机试验模态模型；基于上述电机试验模态模型进行电机参数测试，得到模态电机参数；在上述有限元电机参数与上述模态电机参数相符合的情况下，将上述有限元模型用于振动噪声积分计算。
电磁场计算模型模块，用于建立转子偏心工况下的二维电磁场计算模型；
仿真模块，用于对上述二维电磁场计算模型进行仿真计算，得到仿真电磁力，上述仿真电磁力表征上述电机的定子齿部表面节点的二维空间磁场力；
在一个具体的实施例中，上述仿真模块包括电磁力分析单元，上述电磁力分析单元用于计算上述电机的电磁力时空阶次特征的理论值，上述时空阶次特征的包括谐波频率和空间阶次特征；获取上述仿真电磁力的时空阶次特征仿真值；在上述时空阶次特征的理论值和上述时空阶次特征仿真值相符合的情况下，将上述仿真电磁力用于振动噪声积分计算。
在一个具体的实施例中，上述仿真模块还包括维度变换单元，上述维度变换单元用于对上述仿真电磁力进行维度变换，得到三维空间电磁力；将上述三维空间电磁力进行积分变换处理，得到上述时空阶次特征仿真值。
振动噪声仿真模块，用于基于上述仿真电磁力，对上述有限元模型进行振动噪声积分计算，得到电机外声场响应，上述电机外声场响应表征上述电机的电磁振动辐射噪声分析结果。
在一个具体的实施例中，上述振动噪声仿真模块包括贡献量分析单元和积分计算单元。
在一个具体的实施例中，上述贡献量分析单元用于将上述仿真电磁力作为激励载荷，加载至上述有限元模型，得到待分析有限元模型；设置转子偏心工况下的参数，对上述待分析有限元模型进行贡献量分析，得到贡献量分析结果，上述贡献量分析结果表征电机壳体结构模态对上述电机的振动和噪声的贡献量；对上述贡献量分析结果进行模态叠加处理，得到电机机体振动速度响应。
在一个具体的实施例中，上述积分计算单元用于将上述电机机体振动速度响应作为积分边界条件，进行声场积分运算，得到各个离散声源的外声场响应；对上述各个离散声源的外声场响应进行线性叠加，得到上述电机外声场响应。
请参考图16，其示出了本申请一个实施例提供的一种电子设备的结构框图一。该电子设备可以是终端。该电子设备用于实施上述实施例中提供的电机振动噪声分析方法。具体来讲：
该电子设备1600包括有：处理器1601和存储器1602。
处理器1601可以包括一个或多个处理核心，比如4核心处理器、8核心处理器等。处理器1601可以采用DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程门阵列)、PLA(Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列)中的至少一种硬件形式来实现。处理器1601也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器1601可以在集成有GPU(Graphics Processing Unit，图像处理器)，GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器1601还可以包括AI(Artificial Intelligence，人工智能)处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器1602可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器1602还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器1602中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，至少一段程序、代码集或指令集，上述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行，以实现上述电机振动噪声分析方法。
在一些实施例中，电子设备1600还可选包括有：外围设备接口1603和至少一个外围设备。处理器1601、存储器1602和外围设备接口1603之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口1603相连。具体地，外围设备包括：射频电路1604、触摸显示屏1605、摄像头组件1606、音频电路1607、定位组件1608和电源1609中的至少一种。
本领域技术人员可以理解，图16中示出的结构并不构成对电子设备1600的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。
请参考图17，其示出了本申请另一个实施例提供的电子设备的结构框图二。该电子设备可以是服务器，以用于执行上述电机振动噪声分析方法。具体来讲：
电子设备1700包括中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)1701、包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)1702和只读存储器(Read Only Memory，ROM)1703的系统存储器1704，以及连接系统存储器1704和中央处理单元1701的系统总线1705。电子设备1700还包括帮助计算机内的各个器件之间传输信息的基本输入/输出系统(I/O(Input/Output)系统)1706，和用于存储操作系统1713、应用程序1714和其他程序模块1716的大容量存储设备1707。
基本输入/输出系统1706包括有用于显示信息的显示器1708和用于用户输入信息的诸如鼠标、键盘之类的输入设备1709。其中显示器1708和输入设备1709都通过连接到系统总线1705的输入输出控制器1710连接到中央处理单元1701。基本输入/输出系统1706还可以包括输入输出控制器1710以用于接收和处理来自键盘、鼠标、或电子触控笔等多个其他设备的输入。类似地，输入输出控制器1710还提供输出到显示屏、打印机或其他类型的输出设备。
大容量存储设备1707通过连接到系统总线1705的大容量存储控制器(未示出)连接到中央处理单元1701。大容量存储设备1707及其相关联的计算机可读介质为电子设备1700提供非易失性存储。也就是说，大容量存储设备1707可以包括诸如硬盘或者CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory，只读光盘)驱动器之类的计算机可读介质(未示出)。
不失一般性，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据等信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质。计算机存储介质包括RAM、ROM、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory，可擦除可编程只读存储器)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、闪存或其他固态存储其技术，CD-ROM、DVD(Digital Video Disc，高密度数字视频光盘)或其他光学存储、磁带盒、磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备。当然，本领域技术人员可知计算机存储介质不局限于上述几种。上述的系统存储器1704和大容量存储设备1707可以统称为存储器。
根据本申请的各种实施例，计算机设备1700还可以通过诸如因特网等网络连接到网络上的远程计算机运行。也即计算机设备1700可以通过连接在系统总线1705上的网络接口单元1716连接到网络1612，或者说，也可以使用网络接口单元1716来连接到其他类型的网络或远程计算机系统(未示出)。
上述存储器还包括计算机程序，该计算机程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行，以实现上述电机振动噪声分析方法。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，上述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，上述至少一条指令、上述至少一段程序、上述代码集或上述指令集在被处理器执行时以实现上述电机振动噪声分析方法。
可选地，该计算机可读存储介质可以包括：ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random Access Memory，随机存取记忆体)、SSD(Solid State Drives，固态硬盘)或光盘等。其中，随机存取记忆体可以包括ReRAM(Resistance Random Access Memory,电阻式随机存取记忆体)和DRAM(Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器)。
在示例性实施例中，还提供了一种包括程序代码的计算机可读存储介质，例如包括程序代码的存储器，上述程序代码可由处理器执行以完成上述视频显示方法。可选地，计算机可读存储介质可以是只读内存(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(randomaccess memory)，RAM)、只读光盘(compact-disc read-only memory，CD-ROM)、磁带、软盘和光数据存储设备等。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的电机振动噪声分析方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种电机振动噪声分析方法，其特征在于，所述方法包括：
基于电机的三维模型建立所述电机的有限元模型；
建立所述电机转子偏心工况下的二维电磁场计算模型；
对所述二维电磁场计算模型进行仿真计算，得到仿真电磁力，所述仿真电磁力表征所述电机的定子齿部表面节点的二维空间磁场力；
基于所述仿真电磁力，对所述有限元模型进行振动噪声积分计算，得到电机外声场响应，所述电机外声场响应表征所述电机的电磁振动噪声分析结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述仿真电磁力，对所述有限元模型进行振动噪声积分计算，得到电机外声场响应，包括：
将所述仿真电磁力作为激励载荷，加载至所述有限元模型，得到待分析有限元模型；
设置转子偏心工况下的参数，对所述待分析有限元模型进行贡献量分析，得到贡献量分析结果，所述贡献量分析结果表征电机壳体结构模态对所述电机的振动和噪声的贡献量；
对所述贡献量分析结果进行模态叠加处理，得到电机机体振动速度响应；
基于所述电机机体振动速度响应进行积分计算，得到所述电机外声场响应。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述电机机体振动速度进行积分计算，得到所述电机外声场响应，包括：
将所述电机机体振动速度响应作为积分边界条件，进行声场积分运算，得到各个离散声源的外声场响应；
对所述各个离散声源的外声场响应进行线性叠加，得到所述电机外声场响应。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述对所述二维电磁场计算模型进行仿真计算，得到仿真电磁力之后，所述方法还包括：
计算所述电机的电磁力时空阶次特征的理论值，所述时空阶次特征的包括谐波频率和空间阶次特征；
获取所述仿真电磁力的时空阶次特征仿真值；
在所述时空阶次特征的理论值和所述时空阶次特征仿真值相符合的情况下，将所述仿真电磁力用于振动噪声积分计算。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取所述仿真电磁力的时空阶次特征仿真值，包括：
对所述仿真电磁力进行维度变换，得到三维空间电磁力；
将所述三维空间电磁力进行积分变换处理，得到所述时空阶次特征仿真值。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述基于电机三维模型建立电机的有限元模型之后，所述方法还包括：
对所述有限元模型进行自由模态仿真计算，得到有限元电机参数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于电机三维模型建立电机的有限元模型之后，所述方法还包括：
基于所述电机的三维模型建立电机试验模态模型；
基于所述电机试验模态模型进行电机参数测试，得到模态电机参数；
在所述有限元电机参数与所述模态电机参数相符合的情况下，将所述有限元模型用于振动噪声积分计算。
8.一种电机振动噪声分析装置，其特征在于，所述装置包括：
有限元模型模块，用于基于电机的三维模型建立电机的有限元模型；
电磁场计算模型模块，用于建立转子偏心工况下的二维电磁场计算模型；
仿真模块，用于对所述二维电磁场计算模型进行仿真计算，得到仿真电磁力，所述仿真电磁力表征所述电机的定子齿部表面节点的二维空间磁场力；
振动噪声仿真模块，用于基于所述仿真电磁力，对所述有限元模型进行振动噪声积分计算，得到电机外声场响应，所述电机外声场响应表征所述电机的电磁振动辐射噪声分析结果。
9.一种电机振动噪声分析设备，所述设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至7中任意一项所述的一种电机振动噪声分析方法。
10.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至7中任意一项所述的一种电机振动噪声分析方法。
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