噪聲、振動和聲振粗糙度（NVH）是電機設計與性能的關鍵因素。過高的NVH會導致產品壽命縮短、維護成本增加和客戶滿意度下降。因此，在設計階段早期解決NVH挑戰至關重要，以避免設計階段后期出現重大NVH問題。

電機NVH分析本質上是一個結合了電磁和機械分析的、復雜的多物理場問題——因為電機NVH問題通常源于電磁力與結構組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機的電磁和機械屬性對于準確預測其NVH性能至關重要。

Ansys Motor-CAD電機設計工具是一款專用解決方案，可用于在整個扭矩-速度范圍內對電機進行多物理場仿真。利用該工具，用戶能夠在同一個用戶界面中評估電磁、熱和機械性能。將電磁和機械模塊集成到Motor-CAD軟件中，可實現快速NVH分析，從而促進電機設計的迭代優化。這種方法使用戶能夠調整關鍵設計參數（例如繞組配置、轉子和定子幾何結構以及結構材料），并快速評估其對NVH性能的影響。此外，這種靈活性有助于用戶在性能、成本和NVH特性之間實現最佳平衡。

為了進行快速NVH分析，Motor-CAD軟件使用一種分析機械模型，將定子幾何結構簡化為簡單的環形結構。然而，其在剛度計算方面有局限性。例如，當齒底較寬時，就會發生這種情況——如圖1所示，齒部幾何結構會影響定子軛剛度。

圖1：具有寬齒底的定子

圖2比較了未調諧的Motor-CAD等效輻射功率（ERP）水平與圖1所示電機在Ansys Mechanical結構有限元分析（FEA）軟件中的結果。Motor-CAD解析模型可準確預測由三階力諧波激勵的第0階模態（膨脹模態）。然而，由于寬齒底對定子軛剛度的影響，它無法有效預測由二階力諧波分量激勵的第6階模態（六邊形模態）。第6階模態的差異會影響NVH預測的整體準確性。

圖2：Ansys Motor-CAD軟件與Ansys Mechanical軟件之間的ERP比較：

（上）由三階力諧波激勵的第0階模態

（下）由二階力諧波激勵的第6階模態

圖3展示了Mechanical軟件的模態分析結果，顯示第0階模態和第6階模態分別發生在4711.7 Hz和4456.3 Hz。如圖3b所示，第6階模態的固有頻率值存在顯著差異，可以對Motor-CAD NVH模型進行調諧，使其與Mechanical軟件計算出的固有頻率值保持一致。

圖4展示了如何調整模態參數，以調諧Motor-CAD NVH模型。為了匹配第6階模態的固有頻率，可以使用圖4b中所示的方程輕松計算所需的剛度值，該方程源于固有頻率的定義。

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圖3a（左）和3b（右）

Mechanical軟件的模態分析結果：

（左）第0階模態

（右）第6階模態

圖4a（左）和4b（右）。模態參數調諧

輸入新的模態參數后，Motor-CAD NVH模型將自動調諧，NVH分析結果將在幾秒鐘內更新。調諧的模型可以更準確地預測ERP水平，如圖5所示。

圖5a（上）和5b（下）

調諧的Motor-CAD軟件與Mechanical軟件之間的ERP比較：

（上）由三階力諧波激勵的第0階模態

（下）由二階力諧波激勵的第6階模態

如圖6所示，調諧的Motor-CAD NVH模型與來自Mechanical軟件的完整有限元分析結果密切相關。

圖6：Motor-CAD軟件與Mechanical軟件之間的結果ERP比較

Motor-CAD軟件中的NVH調諧操作簡單直觀，只需一次模態分析或測試數據即可調諧模態參數。正確調諧NVH模型后，我們可以在Motor-CAD軟件中運行NVH分析，以便更好地了解整個工作范圍內的噪聲特征。最終，這將有助于避免產品重新設計和發布延遲，并且從長遠來看可以有效節省時間和資金。