abaqus電機振動的案例
電機振動噪聲建模分析：ANSYS電機振動噪聲分析
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。
展開 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 電機振動噪聲的產生以及控制：振動和噪聲的來源
? 目前世界各國對電機振動和噪聲研究主要集中在電磁力波的研究，定子振動特性及聲學特性研究，軸承和電刷的制造和裝配工藝，冷卻風扇的合理設計和選用，主要采用吸、隔、消的方法與措施。
振動是噪聲的來源，電機的振動與傳統發動機的振動形式不同，原理也不盡相同，因此對汽車動力總成的影響也不同，電機的振動噪聲對車輛的吸聲和隔聲要求與傳統車不同，動力總成懸置的設計也不同。對振動的控制要從了解電機的特性本身基礎上進行控制。
人體對振動的靈敏度取決于振動頻率，人體對振動最敏感的頻率范圍是2-20Hz，在這個頻率范圍內感覺域是0.003g,不快域是0.05g，不可忍域是0.5g，電機的振動波形式不是單一的正弦波，而是由許多不同頻率成分的波形成。
電動機產生振動，會使繞組絕緣和軸承壽命縮短，影響滑動軸承的正常潤滑，振動力促使絕緣縫隙擴大，使外界粉塵和水分入侵其中，造成絕緣電阻降低和泄露電流增大，甚至形成絕緣擊穿等事故。另外，電動機產生振動，又容易使冷卻器水管振裂，焊接點振開，同時會造成負載機械的損傷，降低工件精度，會造成所有遭到振動的機械部分的疲勞，會使地腳螺絲松動或斷掉，電動機又會造成碳刷和滑環的異常磨損，甚至會出現嚴重刷火而燒毀集電環絕緣，電動機將產生很大噪音，這種情況一般在直流電機中也時有發生。
展開 整車電機振動噪聲：某混合動力汽車電機噪聲分析和降噪設計
以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象，針對其開發過程中出現的電機高頻噪聲過大問題，采取正向設計方法進行優化，提升了該電機的NVH性能，其聲品質有大幅提高。研究內容對工程實際具有指導意義。
關鍵詞
：混合動力電動汽車；NVH；電機
0 引言
混合動力電動汽車與傳統汽車相比結構差異較大．傳動系統及其運行模式作了改變。致使整車的振動噪聲與傳統車相比具有新特點，傳動系統在不同模式下表現出不同的NVH問題【I‘]，使得振動噪聲的控制更為復雜。較低的背景噪聲使得原來傳統汽車中被掩蓋的噪聲凸顯出來，電機的高頻電磁噪聲會嚴重降低車內噪聲的聲音品質，同時降低乘坐舒適性。另外。電機的高扭矩和高轉速特性對齒輪系統的高頻嘯叫噪聲控制提出了新挑戰，電動汽車動力總成振動噪聲問題不單單是發動機和變速器的結構噪聲和燃燒噪聲問題．傳動結構的變化導致發動機、電機、齒輪系統之間耦合振動更為復雜。目前針對電動汽車NVH研究的相關文獻較少。振動噪聲設計應該是正向設計而不是逆向設計。振動噪聲問題應該在設計階段就進行杜絕和優化，而不是出廠和售后問題。文中以某開發過程中的混合動力轎車動力總成為研究對象．對其開發過程中電機高頻噪聲過大問題進行正向設計，采取優化措施。提升了該電機的NVH性能。其聲品質有大幅提高，對工程實際有指導意義。
1 問題描述及NVH測試
該車型的動力傳動系由發動機、行星齒輪系統、主電機、電池組、后驅電機組成。樣車在試車階段純電動模式驅動。電機轉速6250r／min時，駕駛室存在高頻電磁噪聲，車內噪聲主觀評價較差，聲品質較差；另外起步階段電機的高頻電磁噪聲同樣較大。該電機為8極48槽(極對數p=4)同步電機，該混合動力汽車的動力傳動系簡圖如圖1所示。
展開 
電機振動噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺的電機電磁噪聲仿真分析
電動機與發電機等電力設備的噪聲起因很多，有電磁振動噪聲、機械噪聲及流致噪聲等等，本文通過ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細介紹如何將作用在定子上的瞬態電磁力作為結構諧響應分析的載荷計算振動噪聲。
1.電磁模型建立與分析
如圖1所示為一個電機模型，電機的額定輸出功率為550W，額定電壓為220V，極對數為4，定子齒數為24個，轉子的轉速為1500rpm，求電磁振動產生的噪聲大小。
本算例使用的模塊如下：
RMxprt模塊：建立電機類型；
Maxwell模塊：2D瞬態電磁場計算；
Structural 模塊：3D諧響應分析計算；
Acoustics ACT模塊：噪聲計算
注：Acoustics ACT模塊需要單獨安裝，請用戶到官方網站上自行下載。
圖1 電機模型
電機的電路模型如圖2所示。
圖2 電機電路模型
1）啟動Workbench。在Windows XP下單擊“開始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench15命令，即可進入Workbench主界面。
2）保存工程文檔。進入Workbench后，單擊工具欄中的按鈕，將文件保存為“zhendongzaosheng.wbpj”，單擊Getting Started窗口右上角的（關閉）按鈕將其關閉。
3）雙擊Toolbox→Analysis System→RMxprt模塊建立項目A，如圖3所示。
4）雙擊項目A中的A1欄進如RMxprt電機設置平臺，如圖4所示。
圖3 RMxprt模塊 圖4 RMxprt平臺
5）依次選擇菜單RMxprt→Machine Type，在彈出的電機類型選擇對話框中單擊Generic Rotating Machine選項，單擊OK按鈕，如圖5所示。
展開 電機振動噪聲建模分析：基于Motor-CAD的永磁同步電機E-NVH仿真分析（單一工況點噪聲）
目前，新能源汽車電機的噪聲問題變得越來越突出，電機的電磁振動噪聲是設計人員研究的熱點問題，而電磁振動噪聲的激勵源電磁力波至關重要。本文基于Motor-CAD對永磁同步電機進行電磁振動噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機的E-NVH分析提供理論依據，并為永磁同步電機的E-NVH提供優化途徑。
Motor-CAD是全球領先的新能源汽車電機選型分析及設計軟件，用于新能源汽車電機的選型匹配，優化設計，競品分析，拆解分析等。開發至今，已被全球主要的整車生產企業、電機生產商、科研機構及高校等廣泛使用。
Motor-CAD集成化軟件包，可在選型、設計階段高效地對電機進行電磁和熱性能測試；軟件包括：電磁（EMag）、熱（Therm）、機械模塊（Mechanical）和虛擬實驗室（Lab）四個模塊，可在幾分鐘內精確評估電磁、熱和電磁振動噪聲特性。
本例以一臺48S8P永磁同步電機為例，對電機的電磁噪聲進行仿真分析。通過Motor-CAD中的Mechanical模塊對電機E-NVH進行仿真分析，為后續的降噪方案提供思路。下圖所示電機的Motor-CAD模型圖，內置式永磁同步電機，具體的結構參數設置在此不再贅述。
展開 電機振動噪聲建模分析：基于導入DXF轉子模型導入MANATEE的振動噪聲仿真分析
通過導入DXF文件與MANATEE的耦合可以更加方便，更加準確的進行電機電磁振動噪聲的仿真分析，為用戶提供了切實可行的解決方案。
文章來源：天源科技
【NVH】電機的振動噪聲
就永磁同步電機的電磁噪聲而言，麥克斯韋力和磁致伸縮力是造成電機振動和產生噪聲的主要因素。
電機定子振動特性
電機的電磁噪聲除了與氣隙磁場產生的電磁力波頻率、階數和幅值有關之外，還與電機的結構固有模態有關。電磁噪聲主要由電機定子及殼體的振動產生。因此，提前通過理論公式或仿真預估定子的固有頻率，并將電磁力頻率和定子固有頻率錯開，是減小電磁噪聲的有效手段。
當電機徑向力波頻率與定子的某階固有頻率相等或相近時，就會引起共振。此時，即使徑向力波的幅值不大，也會導致定子較大的振動，進而產生較大的電磁噪聲。對電機噪聲而言，最重要的是研究以徑向振動為主、軸向階數為零，空間振型六階以下的固有模態，如圖所示。
定子振動形式
在分析電機振動特性時，由于阻尼對電機定子的模態振型和頻率影響有限，可不予考慮。結構阻尼是通過應用高能量耗散機理去降低共振頻率附近的振動級，如圖所示，只在共振頻率或接近共振頻率時需考慮。
展開 BLDC電機的振動與噪音
恒定力波只是對定子鐵心產生靜壓力時鐵心產生靜變形，不產生振動和噪音;
2定子磁動勢同次諧波，力波角頻率為2ηω1;
3轉子磁動勢同次諧波，力波角頻率為2kω1;
4定子磁動勢不同次諧波，力波角頻率為(ηi±ηj)ω1 ;
5轉子磁動勢不同次諧波力波，角頻率為(ki±kj)ω1 ;
6定、轉子磁動勢不同次諧波力波，角頻率為(ηi±kj)ω1;
7定、轉子磁動勢同次諧波力波，角頻率為2ηiω1;
電磁噪音測試最常用的鑒別方法是：
1、突然斷電法。
2、測振法。
3、混合變頻判斷法。所謂混合變頻法是指利用相關儀器輔助人耳鑒別噪音。混合變頻鑒別法的輔助設備為一套可變頻音響設備。鑒別時，首先測試電機在恒電壓恒轉速時的噪音頻譜，記錄幅值較大的頻段，令變頻音響設備在這些頻段上發出激勵聲源，根據同頻聲波幅值疊加原理，當激勵聲源與噪音相應頻譜成分接近或一致時，人耳會感覺到噪音被加強。
二、定位力矩與噪音
?定位力矩－電機不通電時永磁轉子受到的磁力矩
?引起的原因－齒槽和磁滯的存在
理想磁路下的齒槽力矩TC；
極數2P＝2， 齒數Z＝3，每周穩定位置數υ＝6
虛位移方法求取TC：
，
最低次數υmin－每周磁能狀態重復次數：
C— 2P 和Z的最大公約數；
?幅值－決定于磁勢平方F2和磁導G的υ次幅值乘積。
缺陷磁路的齒槽力矩
?轉子有缺陷導致Z次定位力矩
?定子有缺陷導致2P次定位力矩
噪音頻率為電流頻率的18倍，機械轉速的180次；機的定位力矩分析
三、方波無刷直流電機力矩波動與噪音
波動力矩—指令一定下不同轉角對應的電磁力矩波動分量引起的原因：電動勢e和電流 i 的波形偏離了理想波形。
展開 永磁電機的振動噪聲
電磁徑向力和切向力的模型，并進行了相應的模態仿真，對電磁力和振動噪聲響應進行了頻域分析和聲輻射模型的分析，并進行了相應的仿真和實驗研究，其指出永磁電機定子主要模態如圖所示。
永磁電機主要模態
電機本體結構優化技術
電機中主磁通大致上沿徑向進入氣隙，并在定子和轉子上產生徑向力，從而引起電磁振動和噪聲。同時，它產生切向力矩和軸向力，引起切向振動和軸向振動。在很多場合，如電機不對稱或單相電機中，所產生的切向振動很大，容易引起與電機相連的部件共振，產生輻射噪聲。為了計算電磁噪聲，并分析和控制這些噪聲，必須知道他們的來源，即產生振動和噪聲的力波。為此，通過氣隙磁場的分析，進行電磁力波的分析。
假設定子所產生的磁通密度波為
,轉子產生的磁通密度波為
，則它們在氣隙中合成磁通密度波可表示如下：
定、轉子開槽、繞組分布、輸入電流波形畸變、氣隙磁導波動、轉子偏心、相同不平衡等因素均會導致機械變形進而引發振動。
磁動勢的空間諧波、時間諧波、槽諧波、偏心諧波以及磁飽和等均會產生力和轉矩的高次諧波。
尤其是交流電機中的徑向力波，它會同時作用于電機的定子和轉子上并產生磁路畸變。
定子——機座和轉子——外殼結構是電機噪聲的主要輻射源。如果徑向力接近或等于定子——基座系統的固有頻率，則將產生共振，這會導致電機定子系統的形變并產生振動和聲學噪聲。
在大多數情況下，由低頻2f、高階
的徑向力所引起的磁致伸縮噪聲可忽略不計（f為電機的基波頻率，p是電機極對數）。
展開 異步電機的電磁振動和噪聲
由于電機的電磁振動是電機電磁場和電機結構相互作用的結果，那么利用磁-固耦合振動理論來研究電機的電磁振動是尋找電機電磁振動產生機理以及解決電機電磁振動最有效的方法。由于電磁力是電機電磁振動的激勵源，其計算的精度決定了電機電磁振動的計算精度， 所以目前在電機電磁振動的研究中大多采用數值分析法來計算電機的電磁力。
ANSYS電機電磁-熱-結構振動-噪聲耦合分析應用
在電機結構振動噪聲計算分析中，主要包含以下幾個部分：
動力學分析
：包括模態分析，諧響應分析，轉子振動分析，轉子、定子、機座耦合振動分析，定子及底座振動分析，共振、臨界轉速分析，瞬態響應特性。
展開 
新能源汽車電機電控振動試驗
一、電機電控正弦振動
1.1 試驗標準：GB/T18488.1--2015
1.2 試驗條件選擇：依據裝車部位選取條件，一般為“其他部位”。下圖注釋1中 X和Y方向位移和加速度可以除2，但目前各大供應商均選擇量級不除2來測試。
二、電機電控隨機振動
依據裝車類型分為純電動乘用車，混合動力乘用車，商用車。
2.1 純電動乘用車試驗標準：ISO16750-3-2007
2.2 試驗條件選擇： 試驗IV-乘用車,彈性體(車身)
2.3 混合動力乘用車試驗標準：ISO16750-3-2012
2.4 試驗條件選擇：試驗II- 乘用車，變速箱
2.5 商用車試驗標準：ISO16750-3-2012
2.6 試驗條件選擇：試驗VII- 商用車，彈性體（固有頻率小余30HZ以下需要追加測試，具體請查閱標準）
2.7 振動疊加溫度選擇（高溫一般為105~125）
2.8 振動臺選擇，電機質量大，振動量級大，一般選擇5噸以上推力振動臺，臺面最好為800mm*800mm以上。電控質量輕，尺寸小，一般選擇3噸以上推力振動臺，臺面最好為600mm*600mm以上。
三、電池包隨機振動
3.1 試驗標準：GB/T31467-2015
3.2 Z方向試驗條件
3.3 Y方向試驗條件1
3.4 Y方向試驗條件2
3.5 按電池包裝車位置選取Y軸試驗條件
3.6 X方向試驗條件
3.7 試驗順序和方向定義：Z→Y→X 水平縱向X方向即為行車方向
3.8 振動臺選擇，電池包尺寸大，質量重，振動量級小，一般選擇5噸以上推力振動臺，臺面1200mm*1200mm以上。
展開 如何選用電機振動噪聲分析工具
通過分析時間歷程響應，可以了解電機在時間上的變化規律，包括振動變化、變形情況等；
2) 動態特性：獲得電機的固有頻率、振型和阻尼特性等動態特性信息，對于結構的設計、振動控制、以及故障診斷具有重要意義；
3) 應力和應變分析：計算電機在不同時間點上的應力和應變分布情況，可以評估結構在不同時間點的應力及變形情況；
4) 瞬態載荷響應：求解電機在受到瞬態外力或載荷作用下的響應情況，通過分析電機的瞬態載荷響應，可以研究結構在不同電磁力條件下的動態響應特性，包括共振、振動幅值等；
5) 耦合問題分析：用于處理復雜的耦合問題，通過考慮不同物理場的相互作用，可以分析出電機在時間域內的動態響應情況。
通過上述諧響應或瞬態響應求解，都可以得到較為精確的電機振動響應，通過這些響應一方面可以與實際樣機的振動進行數值對比分析，主要對比電機的結構模態數據、振動響應數據以及產生振動響應階次；另一方面可以作為聲場分析激勵源。
五、產品問題診斷—NVH故障分析
電機樣機或量產機出現NVH問題時，需要用電機NVH仿真工具對標測試，進行故障診斷。
NVH故障診斷分析主要分為以下幾部分：
在電機故障診斷中，工程師首先利用NVH測試設備對電機NVH性能進行測試，得到測試數據，然后再對測試數據進行分析，最后利用仿真工具對NVH故障進行還原。
展開 降低步進電機振動、噪音的解決方法
本文轉載自電子發燒友
描述
步進電機具有結構簡單、易于控制、安全性高、成本低、轉矩高等優點，作為一種高性能的數字化電氣元件，廣泛應用于各種類型的開環控制系統中。然而，步進電機有一個缺點，在簡單的開環設計中，它可以在低速產生噪聲。噪聲和共振主要來源于驅動電路和機械結構的共振。
噪聲可能是任何電氣設備的問題，從變壓器到直流電機，工業界一直在尋找經濟的方法來降低發出聲噪聲并提高電氣設備的感知質量水平。到目前為止，還沒有任何關于可能的方法的文獻，分析和消除小型電動機的振動和噪聲。市場上一般驅動電路產生振動噪聲的原因：定子電流的高次諧波含量，不平衡兩相電流，特別是恒壓驅動法，電源電壓波動，勵磁電流波形。
電機的噪聲源- 結構設計
噪音的消除首先識別噪音的來源，例如結構設計、電子逆變器的設計、各種合適零件及材料的選擇以及組裝過程，選擇吸收噪音的材料像墊圈、襯墊、約束層的材料，電機外殼采用噪音吸收罩，隔斷和絕緣聲音的傳播。合理的電機的機構設計，如徑向不對稱設置導致的不平衡力，定子槽和線圈–槽/極組合的正確選擇，將有助于減少不平衡的磁拉力、扭矩脈動、齒槽轉矩。
降低步進電機振動、噪音的解決方法
與驅動電路有關的方法
步進電機的振動噪音由驅動電路引起的原因如下：
定子電流的高次諧波含量（細分時產生）。
相電流的不平衡，特別是非恒電流控制狀態。
電源的波動。
激磁電流的波形。
其中（1）的高次諧波為主要原因。步進電機使用方波電流驅動，必然含有大量的高次諧波，由此產生振動和噪音。因此驅動電流最好為正弦波。接近正弦波的驅動方法有步進電機的細分步進驅動。下圖為電機1/4細分、半步、整步驅動的振動比較，其振動為依次增加的。
展開 電機缺陷/故障對振動噪聲的影響
4 總結
電機電磁振動問題是電磁力頻率階次和空間階次，結構模態階次與頻率耦合作用的結果。當頻率一致且階次一致時，電磁力與結構將存在顯著共振，進而導致嚴重的振動噪聲問題。
分了三種缺陷類型對電磁力及振動噪聲的影響，可得到以下結論：
a) 匝間短路導致的不平衡反應在的電磁力階次特征上：電磁力空間階次以電機極數2p進行調制；頻率階次不變；
b) 靜偏心反應在的電磁力階次特征上：電磁力空間階次以±1進行調制；頻率階次不變；
c) 動偏心反應在的電磁力階次特征上：電磁力空間階次以±1進行調制；頻率階次以±1進行調制。
展開 