電機NVH的案例
電機NVH測試優化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電
電機NVH測試優化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電機NVH測試的核心訴求是準捕捉噪聲與振動信號，而測試基準的穩定性直接決定信號采集的真實性。鑄鐵平臺作為電機NVH測試臺的核心基礎部件，憑借高剛性、低振動、強抗干擾的特性，為噪聲振動測試搭建穩定基準，是優化NVH測試精度與效率的關鍵支撐。本文深解析鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，融入電機噪聲測試平臺、振動測試基準平臺等高頻關鍵詞，為NVH測試方案優化提供技術參考。
電機NVH測試的核心痛點是“信號干擾導致測試失真”。噪聲振動信號本身具有微弱性、高頻性特點，測試過程中，電機運行產生的振動易引發測試基準變形，車間環境噪聲、地面振動、其他設備運行干擾等，也會混入測試信號，導致真實的電機NVH信號被掩蓋。普通測試基座難以這些干擾，而鑄鐵平臺通過科學的結構與工藝設計，從根源上優化測試環境，為準采集NVH信號筑牢基礎。
鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，主要通過三大核心價值實現，為NVH測試優化提供關鍵支撐。其一，高剛性結構保障測試基準穩定。平臺主體選用HT250強度灰鑄鐵或QT600球墨鑄鐵，經高溫時效+振動時效+自然時效三重處理，殘余應力去除率≥99%，搭配“箱型封閉框架+十字交叉加密筋板”設計，筋板厚度≥25mm，臺面厚度≥100mm，在電機振動載荷作用下，臺面撓度≤0.01mm/m，無塑性變形。穩定的基準面可避免電機安裝位置偏移，確保振動傳感器采集的信號真實反映電機本身振動特性，減少基準變形導致的測試誤差。
其二，優異阻尼特性抑振動干擾。
展開 新能源驅動電機NVH設計與優化
1 引言
在追求電機更優性能的目標時，提高功率密度一直是電機工程師重要工作之一。電機功率密度越高，意味著電機在同等重量下發揮更大的功率和扭矩輸出。
近年來，隨著新能源車驅動電機的推廣與應用，電機的NVH越來越受到消費者關注，電機NVH水平逐漸成為評價一個電機性能重要指標。研究表明，電機NVH表現與電機輸出功率和扭矩有直接關系。同一款電機，電機輸出功率越小，電機的NVH表現越好。
對于同一款電機，其動力性與NVH表現越來越成為一個矛盾點。尋找最佳平衡點，使得電機綜合性能最優，越來越成為電機設計的重要內容。
2 電機氣隙對電機性能和NVH的影響
為提高電機功率密度，在滿足加工精度、產品強度等設計要求的前提下，電機工程師偏向于設計更小的氣隙，。這主要是因為，隨著電機氣隙增大，帶來兩方面的影響：（1）氣隙增加，空氣磁導率低，磁路磁阻增大，磁力線通過能力減弱；（2）在切向結構的永磁同步電機中，轉軸側永磁體端部存在較大漏磁，氣隙長度增加，漏磁也增加。以上兩方面均會帶來電機性能的下降，即電機功率密度的降低。
然而小氣隙電機帶來了更明顯的電磁噪音，這主要是因為電機工作過程中，通過定、轉子間的電磁力作用，即切向的旋轉扭矩和徑向的電磁力，使得電機運轉起來。定、轉子間的電磁力，主要是徑向電磁力使定子產生振動而輻射噪音。通過增大氣隙，可減小氣隙磁場諧波分量，降低徑向力諧波，從而實現噪音的優化。
因此，綜合考慮輸出能力和NVH的影響，選擇合理氣隙至關重要。本文通過有限元法，仿真分析了兩種氣隙下電機性能和NVH表現，并通過試驗進行了對比驗證。
3 設計方案介紹
本文以某款永磁同步驅動電機為研究對象，電機為強制水冷，內轉子，電機最高轉速為12000rpm，電機殼體為鋁合金材料。
展開 基于Ansys平臺的電機NVH仿真分析流程
3500rpm噪聲頻譜
本文以典型案例介紹了基于Ansys平臺的電機NVH分析流程，本流程主要關注電機定子所受麥克斯韋電磁力導致的機殼諧振所產生的表面輻射功率對電機振動噪聲的貢獻，這也是傳統電機NVH分析理論所重點討論的內容，當然，從機殼輻射出的振動噪聲只是電機NVH的其中一條路徑，對于帶有減速器的動力系統來說，電機紋波轉矩導致的軸系共振也不能忽視，但是嚴格來說這不單純是電機本體的NVH問題，同時紋波轉矩也比較容易通過斜極斜槽、磁極修型、主動注入電流諧波等措施得到改善，其優化難度相對徑向電磁力來說并不大，在以后的文章中我們再來關注這一部分內容。另外，因條件有限，本文忽略了一些電機NVH仿真中的實際因素，比如端蓋和繞組模型的等效、定子鐵心裝配預應力、鐵心各項異性的材料屬性以及結構阻尼等等，這些因素都會不同程度上影響NVH分析的結果，需要各位工程師在實際工程項目中，結合相關理論和實驗測試結果進行深入的探索。
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展開 車用永磁同步電機NVH 性能的優化
車用永磁同步電機NVH 性能的優化
摘 要：從電機噪聲的分類、產生機理、優化措施三方面分析了永磁同步電機的NVH 性能，希望能對電動汽車企業排查整改電機NVH 問題起到一定的指導作用
由于永磁同步電機（后文簡稱為“電機”）具有體積小、質量輕、效率高、功率因數高、起動轉矩大等優點，目前已在電動汽車行業獲得最廣泛地應用。故本文著重對永磁同步電機的NVH 性能優化進行分析。
1 電機噪聲的分類
由于電動汽車沒有了發動機的掩蔽效應，電驅動（驅動電機+減速器）系統噪聲成為主要噪聲源，其中驅動電機的高頻特性使得人們對聲品質的關注度大幅上升。且隨著驅動電機朝著寬調速區間、更高轉速、輕量化等方向的發展，給電機的NVH 性能開發帶來了更多的挑戰。
電機噪聲主要分為三大類，即：電磁噪聲、機械噪聲、空氣動力噪聲。
展開 
精確建模，穩健求解 | 《ANSYS電機NVH多物理場解決方案》現已開放領取
· 新能源汽車中的NVH問題
· 電機NVH設計
· Ansys Workbench為電機NVH設計提供的集成式解決方案
· 電磁力分析（Maxwell）
· 結構振動分析（Mechanical）
（1）模態分析
（2）諧響應分析
· 參數標定（optiSLang）
· 聲學分析（Mechanical）
· 電機NVH多學科優化（optiSLang）
· 轉子偏心解決方案（ACT）
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官方免費 | Ansys 電機NVH仿真分析流程介紹
培訓內容
電機NVH是指電機在運行過程中對外表現出的噪聲、振動與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness），主要包括三個來源，即電磁噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲，通常在這三類噪聲中電磁振動噪聲的比重較大，是我們重點關注的對象。電機NVH分析是典型的多物理場耦合問題，傳統的分析理論建立在解析模型的基礎上，基于此編寫的分析軟件雖然計算速度很快，但是精度較差，尤其是對于新結構電機來說更是如此。
本次網絡研討會將介紹如何利用Ansys 2020 R1，在有限元環境下，精確分析電機的振動噪聲：利用Maxwell2D/3D快速仿真電機在多轉速下定/轉子表面的頻域電磁力并無縫鏈接到Workbench平臺Harmonic Response模塊進行多轉速諧響應分析，得到電機的ERP Level Waterfall圖，用于分析電機在各轉速下的諧振情況；同時多轉速諧響應分析結果也可傳遞到Harmonic Acoustics模塊進行Sound Power Level Waterfall的分析，用于進一步對電機噪聲水平進行評估。
課程對象
電機設計工程師，電機NVH仿真工程師
培訓時間
4月21日16:00—17:00
主講講師簡介
王楊
Ansys低頻電磁技術工程師。2013年畢業于沈陽工業大學電機與電器專業，后長期從事電機研發、設計等工作。2019年加入Ansys中國，負責Ansys低頻電磁仿真軟件在機電領域的技術支持、項目咨詢、培訓等工作，對Ansys低頻電磁產品有深入了解，擁有豐富的電機設計工程經驗。
費用：免費
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展開 ? ?在線報名｜Ansys新能源汽車電機NVH多物理域仿真方案分享
新能源汽車電機的NVH（Noise, Vibration, and Harshness，即噪聲、振動、粗糙度）問題是多物理場耦合的復雜問題。電機運行過程中，變化的電磁力不僅會影響電機NVH性能，還會對電磁性能產生影響。在新能源汽車電機的優化設計過程中，將電磁性能和NVH性能作為優化變量同時進行優化是非常必要的。
電機NVH多物理域耦合
本次研討會將展示ANSYS的最新仿真技術，主要聚焦在以下問題：
新能源汽車電機的NVH問題以及Ansys集成式完整解決方案
Ansys Maxwell 電機電磁力分析
Ansys Mechanical結構振動及聲學分析
Ansys Sound聲品質分析
9-12月精彩課程預告
展開 驅動電機NVH問題治理的原理·方法·過程
業內難點·電機NVH
目前整個新能源行業都在面臨電機的NVH的挑戰，無論是主機廠還是零配件廠都為之困擾。從宏觀上來講這種困擾來源于兩個方面，一方面 主機廠有大量傳統汽車的NVH治理經驗，但發動機換成電機之后，不但驅動源特性發生本質性改變，甚至連傳動架構、NVH傳遞路徑也發生變化，這導致主機廠無從下手。另一方面電機廠處理傳統電機振動噪音問題的經驗也無法完全適用車輛驅動的系統。這是一個雙方都夠不著的領域，都還比較陌生，方法和手段也不太成熟。因此當NVH要求不斷提高時，給我們帶來了前所未有的挑戰。作為電機從業者把這些年電機NVH的經驗、方法總結分享出來。滴水成潭、希望能給您帶來啟發。
NVH為什么是個挑戰
一線的工程師深受NVH困擾，一大原因是電機振動噪音的機理眾多、各種干擾各種疑難雜癥導致我們診斷非常困難。同樣的異響聲，可能是電磁力過大，也可能是發生了模態共振；可能是軸承對端蓋的激勵導致的，也可能是機殼受激振動導致；有的成因很復雜涉及到電機和軸系頻率匹配問題，有的也可能很簡單是一顆螺栓松動導致的。我們的困擾在于如何在現場快速診斷，分辨出病因。
而設計工程師則受到另外一種問題的煎熬。一方面面臨NVH的壓力，需要不斷降低振動源能量（轉矩脈動、電磁力等），另一方面應輕量化小型化的要求，轉矩密度和功率密度的要求不斷提升，使得電機的磁、電負荷都非常高。這兩種設計目標是相互矛盾的，為了解決這個矛盾，需要我們不斷優化定轉子設計、改善設計方法。但總是車水杯薪，發展趕不上需求。
NVH問題的機理
有壓力方能有動力，這兩類困難成了倒逼我們成長的引擎，逼迫我們靜下心來，抽絲剝繭尋找表面之下，更深刻的東西。我們從電機NVH成因的機理出發，開始進入正題。
展開 新能源汽車驅動電機NVH仿真中的電磁力處理
電機NVH是一個多物理場耦合的問題，其中涉及到的電磁、機構運動、熱流等領域，對應仿真也需要采用多個不同領域的求解器聯合求解。目前，對于由于電磁載荷引起的電機噪聲仿真一般采取先進行電磁仿真提取電磁力，然后將提取的電磁力加載到結構有限元模型上進行結構振動噪聲仿真的流程。
電磁仿真需要采用考慮運動的時域求解器，因此往往采用2D模型提高仿真分析效率。結構有限元模型往往為三維網格，求解采用頻域算法。電磁仿真的模型和結構仿真模型是兩套不同的模型網格。如何快速高效的建立電磁仿真和結構振動噪聲仿真模型之間的數據傳遞是目前大多數電機NVH仿真工程師所關心的。西門子Simcenter 3D技術團隊針對這個問題，開發了針對性的程序，可以快速方便的解決從電磁仿真到振動噪聲仿真之間電磁力處理的問題。程序功能主要應用可以概況為以下幾點：
1. 任意定子結構加載位置選擇
為了實現低噪音設計，在電機結構設計中定子齒的齒頂往往不再是圓弧形。出現了平齒、內凹、外凸等多種形狀。針對這些新的結構型式，如何能夠快速高效的提取齒頂的載荷？
在我們的程序中，只需要設置關注的區域范圍，軟件會基于實際的2D電磁網格及電磁力自動提取齒頂的電磁力，并將2D的電磁仿真計算出的電磁力拉伸為用于有限元網格加載的電磁力。通過該程序，我們可以實現：
精確考慮外凸和內凹齒面效果
精確切向力引起定子齒變形
減小電磁力文件大小
2. 基于多個穩態轉速的電磁階次力提取
在計算電機加速噪聲時的電機轉速是變化的，在電磁仿真時的工況為恒定轉速工況。電機實際的振動噪聲問題往往體現為階次的特征，所以采用階次計算的方式計算振動噪聲可以更好的對電機振動噪聲進行分析。
展開 免費直播 | 基于新能源汽車電機的結構參數化和NVH系列直播課程
費用：免費
點擊圖片或點擊鏈接，直接領取錄播視頻：https://www.yqgqt.org.cn/college/video/liveC10269
（二）永磁同步電機力波和NVH分析以及結構優化探討
培訓內容
電機在運行過程中，氣隙磁場包括基波磁場和一系列諧波磁場，這些磁場的相互作用產生電磁力，將電磁力可分解為徑向力和切向力，其中切向力會產生切向轉矩，而隨著時間和空間變化的徑向力作用于定子鐵心上，使得定子鐵心和機座發生與徑向力同頻率的振動，導致變形。當徑向力的頻率接近電機的固有頻率時，則會發生共振，引起較大的振動及噪聲。所以需要深入研究徑向力波的時間空間諧波。
本研討會將對電磁力的力波進行深入研究和分析，然后針對一款電機進行NVH的仿真分析，從振動加速度和模態定位出共振的電磁力時空特性，為電磁結構優化鎖定目標；最后我們為大家分享基本的結構優化思路和方法，為學員們的電磁減噪提供思路。
培訓大綱：
? 概述
? 電磁力諧波原理分析
? 電磁力空間和時間諧波分析
? 電磁場力波的仿真結果分析
? 一款永磁同步電機NVH仿真分析
? 針對NVH的電磁力波結構優化方法探討
課程對象
電機設計工程師、NVH工程師、電機專業學生；振動噪聲分析、結構設計優化
培訓時間
7月21日19:30
主講講師簡介
陳天贈
高級電磁技術經理
2009年進入上海電氣從事電氣設計工作，2012年進入上海海立電器有限公司從事電機設計工作，2017年加入IDAJ中國負責電磁仿真技術工作。曾負責多個電機開發的項目，包括感應電機和永磁電機的產品開發工作，對永磁同步電機和感應電機的電磁仿真、設計、試驗、工藝等有較為豐富的經驗，使用JMAG電磁仿真軟件多年，申請電機相關專利一項。
展開 電機設計 | 利用Ansys Motor-CAD NVH調諧分析噪聲、振動和聲振粗糙度（內含演示視頻）
本文原刊登于Ansys.com：《Analyzing Noise, Vibration, and Harshness With Ansys Motor-CAD NVH Tuning》
作者： Shi-Uk Chung | Ansys 高級應用工程師
編輯整理：王楊 | Ansys 主任應用工程師
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，在設計早期階段解決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。
展開 
電機NVH分析中的空間階次
要分析電機的E-NVH問題，首先要具備一些基本的物理概念，傳統的電機設計方法主要包括電磁設計、熱設計、機械設計等；其中電磁設計是電機設計中的關鍵問題，傳統來講，電機本體的電磁設計主要關注電機的電磁結構能夠滿足功率、扭矩、效率、體積、發熱等需求，不考慮電機E-NVH的問題，一般也不需要具備階次分析的概念。
新能源汽車電機本體的噪聲主要包括機械噪聲和電磁噪聲，機械噪聲主要是軸承噪聲，我們關注的重點是電機的電磁噪聲，其主要由兩部分構成：槽極交互引起的噪聲（驅動電流完全正弦）；PWM波載波驅動注入相電流的諧波引起的電機噪聲。
基于MANATEE的階次分析
電機的E-NVH問題非常復雜，要分析電機的電磁噪聲問題，就需要了解一些新的概念，本文介紹一下電機分析中的階次的概念。階次描述的是一些周期性物理量的空間頻率，如沿電機氣隙周期性分布的磁動勢、磁導、磁密、電磁力等物理量。如某物理量A的空間表達式為如公式1所示：
從公式1可知，A是由0到無窮階的空間諧波組成，r為階次，一個氣隙周期為360°機械角度，即為2π，那么r階的波長為2π/r，階次也反映了某物理量沿著氣隙一周的波數。例如：根據電磁力的計算公式，可知電磁力正比于氣隙磁密的平方，電磁力的最大階次由轉子的極數決定的，即r=2p。
當引入時域概念后，我們獲得了某階次單一頻率的時域表達式如下所示，其行波速度為w/r，行波方向取決于角速度和階次的±，在MANATEE中，頻率總是為正，階次可能為負。
某一階次的空間諧波就在頻率軸上有了傅里葉分解。如下圖所示
基于MANATEE的力密度的時空分布
下面展示幾個階次的力波力型方便理解。
展開 永磁同步電機、NVH、結構優化、幾何參數化建模...
為方便廣大用戶報名直播
特將下周在技術鄰開展的
免費系列直播
整理至一合集便于大家交流學習
永磁同步電機力波和NVH分析以及結構優化探討
時間：7月21日19:30
內容簡介：
1.概述
2.電磁力諧波原理分析
3.電磁力空間和時間諧波分析
4.電磁場力波的仿真結果分析
電磁力瀑布圖
電磁力波二維傅里葉分解的時空特性柱狀圖
5.一款永磁同步電機NVH仿真分析
加速度Campbell圖
12000rpm的振型
空間4階數的加速度和電磁力雷達圖
6.針對NVH的電磁力波結構優化方法探討
點擊報名：https://www.yqgqt.org.cn/live/10770
展開 白皮書 | Ansys電機NVH仿真解決方案
仿真電機的噪聲、振動和聲振粗糙度(NVH)對于合理的電動汽車電磁、振動聲學設計至關重要。本白皮書介紹了如何利用Ansys解決方案在設計階段盡早地、準確地對電機NVH進行分析，以提升車輛NVH表現與安全。這些解決方案可降低企業研發成本，支持電動化交通戰略的實施。Ansys解決方案助力汽車制造商降低電動汽車NVH，提高客戶滿意度，從而贏得行業競爭優勢。
為什么需要NVH分析
交通電氣化正在塑造動力系統和現代推進裝置的未來。電氣化能帶來顯著的經濟和環境效益，因此，電動汽車正在世界各地被普及。過去五年，美國道路上行駛的電動汽車的數量翻了兩番，由此可見一斑。
相較于傳統內燃機汽車，電動汽車除了可以減少碳排放和降低運營成本，也更加安靜。但是對于設計電動汽車的工程師來說，驅動電機發出的電磁噪聲是一大問題。不同電機轉速下產生的 NVH令人不快，乘坐電動汽車的乘客往往會感受到噪聲和振動，帶來乘車疲倦和不適感。
電機是動力系統的主要組成部分，而電機優化設計是降低總體NVH、確保汽車動力系統正常運行的關鍵。使用Ansys Maxwell進行電機仿真，不僅可以節省時間，還能減少原型樣機的數量，推動創新。通過Ansys Mechanical仿真，則能預測作為電驅動系統總體噪聲的主要來源之一的由電磁力引起的電機振動和噪聲。Maxwell和Mechanical的仿真結果，為實現聽覺感知測量和車輛NVH表現評估提供了重要數據。這些結果，可在Ansys VRXPERIENCE Sound中被用于合成以及評估人類對電機噪聲的聽覺感知。通過將Maxwell、Mechanical和VRXPERIENCE Sound三者結合開展多物理場分析，可以獲得電機的聲音文件，準確再現電機在不同速度下產生的聲音。
展開 直播課程 | 電機NVH仿真分析流程
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直播主題
電機NVH仿真分析流程
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您所期待的內容？
電機噪聲分析的一般流程
分享電機噪聲的仿真分析案例，用案例說明具體的仿真步驟，分析電機的結構設計與噪聲響應的關系，展示不同的建模方法對噪聲分析結果的影響
重磅發布電機噪聲分析流程管理器，將電磁力、結構設計、噪聲響應直接串聯，可以對電磁力進行空間和階次分解，并從多角度分析振動、噪聲響應的貢獻來源。即使不會操作Actran軟件也可以快速上手使用流程管理器進行電機振動、噪聲分析。
