噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）(在~20Hz-20kHz之間)的常見術語。引起這些振動的力可以來自許多來源。對于電機來說，這些力可能是驅動轉子軸的磁力，也可能是更大的驅動系統的一部分，比如軸承和/或齒輪。

 圖1  汽車NVH示意圖

噪聲是電機的一個熱門話題，而諸如重量和成本降低等競爭性需求會帶來工程挑戰，如果不加以解決，可能會影響客戶滿意度和產品接受度，使用ANSYS工具將為如何全面解決電機噪聲提供工程指導。

1. 問題分析

本例以永磁同步電機模型為例。在Maxwell 2D中，利用該電機的1/8模型，計算定子內表面徑向和切向磁拉力；然后在ANSYS Mechanical中進行該電機三維定子的諧響應分析；最后在ANSYS Harmonic Acoustic中進行三維聲場分析。在Workbench中，Maxwell中計算的定子內表面徑向和切向磁拉時域力密度分布，作為激勵源，耦合到Mechanical 中進行頻域的諧響應分析；諧響應分析的結果，作為激勵耦合到ANSYS Harmonic Acoustic 中，作為噪聲分析的激勵。

幾何模型

    圖2  模型示意圖

材料參數 ，仿真過程中使用的材料為默認的結構鋼

2. 電磁力計算

圖3  1/8電機模型

分析模型為 Prius 電機的二維分析模型，建立Maxwell 2D分析流程。 打開【Workbench】->【Toolbox】->【Analysis Systems】，添加一個Maxwell 2D分析系統。

 圖4  Maxwell 2D分析流程圖

導入模型以后，為了精確分析定子齒部的徑向電磁力，并將力密度的分布耦合到后續的諧響應分析中。 需要將定子齒部“分割”出來，并施加更細密的網格剖分。

   圖5  定子齒尖網格劃分

設定求解時間為10ms和求解步長為50us，并打開電磁力計算開關，在計算的電磁力的類型選項中，object based是通過電磁力和力矩的方式計算，element based是計算的電磁力密度。

圖6  求解設置

4.諧響應分析

在已有的Maxwell 2D分析后拖拽一個Harmonic Response分析模塊，建立諧響應分析系統，如下圖所示。

圖7  建立諧響應分析系統

邊界條件

導入Maxwell 2D中的電磁力計算結果，通過Imported Remote Loads將電磁力導入對應定子齒尖部分作用面上，如下圖所示。

   圖8  電磁力導入

設置求解的頻率范圍為0-10000Hz，求解間隔為25，用完全法進行求解。

5. 噪聲分析

在 Workbench 的 Analysis System 窗口中，選擇Harmonic Acoustic建立噪聲分析模塊，如下圖所示。

圖9  噪聲分析流程圖

對電機定子建立外流場模型，形狀可以自行定義。然后將諧響應分析的速度分布導入流場模型中定子外表面部分，并設定聲場分析邊界條件，如下所示。

 圖10  導入諧響應速度分布

  圖11  噪聲分析邊界條件

圖12  SPL分布圖

6. 結論與展望

通過ANSYS Workbench可以方便的分析電機振動噪聲，此外在此基礎上還可以進行多轉速分析以及對電機參數進行優化分析。

文章來源：易仿真