ansys電機(jī)噪音振動(dòng)
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時(shí)間：2023-03-07
ansys電機(jī)噪音振動(dòng)的視頻教程
2024 R1 ANSYS Workbench 永磁電機(jī)電磁力、振動(dòng)噪聲仿真
此課程基于2024 R1 ANSYS Workbench平臺(tái)進(jìn)行永磁電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲仿真課程，其Maxwell電磁力為集中力，通過(guò)課程回顧下永磁電機(jī)的電磁噪聲問(wèn)題，詳細(xì)講解電磁振動(dòng)噪聲仿真過(guò)程，包括各部分仿真結(jié)果的導(dǎo)出及解讀等內(nèi)容。
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2024 R1 ANSYS Workbench 三相異步電機(jī)電磁力、振動(dòng)噪聲仿真
此課程基于2024 R1 ANSYS Workbench平臺(tái)進(jìn)行三相異步電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲仿真課程，其Maxwell電磁力為集中力，通過(guò)課程回顧下三相異步電機(jī)的電磁噪聲問(wèn)題，詳細(xì)講解電磁振動(dòng)噪聲仿真過(guò)程，包括各部分仿真結(jié)果的導(dǎo)出及解讀等內(nèi)容。希望通過(guò)此課程讓參加學(xué)習(xí)的使用者能快速掌握新版的2024 R1 Workbench進(jìn)行三相異步電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲仿真校核。 下面是課程的部分講義內(nèi)容。
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Ansys-Maxwell電機(jī)振動(dòng)噪聲電磁結(jié)構(gòu)耦合仿真-ansoft詳細(xì)參數(shù)設(shè)置
1-ansoft磁路法電機(jī)設(shè)置-具體參數(shù)講解； 2-一鍵生成maxwell有限元電機(jī)模型，并進(jìn)行設(shè)置； 3-maxwell與workbench電機(jī)電磁耦合分析，進(jìn)行諧響應(yīng)和噪聲分析，生成頻譜圖，分析電機(jī) 產(chǎn)生的最大噪聲頻率點(diǎn)。
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ansys電機(jī)噪音振動(dòng)的實(shí)例教程
課程介紹：
電機(jī)的振動(dòng)和噪聲研究十分復(fù)雜，它涉及了電磁、能量轉(zhuǎn)換、機(jī)械振動(dòng)、特殊物理聲學(xué)、電子學(xué)和數(shù)學(xué)等許多學(xué)科。電機(jī)噪聲主要包括電磁噪聲、和機(jī)械噪聲，產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，是電機(jī)研發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。
永磁電機(jī)是電機(jī)行業(yè)未來(lái)的一大發(fā)展趨勢(shì)，且隨著新能源汽車、軌道車輛、風(fēng)能發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，永磁電機(jī)的功率越來(lái)越大，轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，在實(shí)現(xiàn)功率密度越來(lái)越高的同時(shí)，電機(jī)研發(fā)工程師需要同時(shí)關(guān)注電機(jī)電磁、熱、振動(dòng)、噪聲等多場(chǎng)耦合問(wèn)題。
ANSYS針對(duì)永磁電機(jī)提供了多場(chǎng)耦合的集成化設(shè)計(jì)解決方案， 可以快速實(shí)現(xiàn)電機(jī)電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)、定制化電機(jī)性能分析、多場(chǎng)耦合分析等，可以對(duì)電機(jī)電磁噪聲問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)，使電機(jī)研發(fā)工程師能在電機(jī)設(shè)計(jì)階段評(píng)估和優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)，減少由電磁力引起的噪聲超標(biāo)，避免因?yàn)樵肼晢?wèn)題影響產(chǎn)品性能。
本次培訓(xùn)主要針對(duì)工業(yè)電機(jī)中常見(jiàn)的電磁噪聲、機(jī)械振動(dòng)噪聲問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，為提升相關(guān)科技工作者的技術(shù)水平，普及ANSYS軟件高級(jí)功能。因此，ANSYS公司特開(kāi)辦“ANSYS新型永磁電機(jī)電磁、振動(dòng)、噪音耦合分析高級(jí)培訓(xùn)班”。
培訓(xùn)合格者發(fā)放ANSYS技術(shù)培訓(xùn)認(rèn)證證書(shū)。
展開(kāi) 恒定力波只是對(duì)定子鐵心產(chǎn)生靜壓力時(shí)鐵心產(chǎn)生靜變形，不產(chǎn)生振動(dòng)和噪音;
2定子磁動(dòng)勢(shì)同次諧波，力波角頻率為2ηω1;
3轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)同次諧波，力波角頻率為2kω1;
4定子磁動(dòng)勢(shì)不同次諧波，力波角頻率為(ηi±ηj)ω1 ;
5轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不同次諧波力波，角頻率為(ki±kj)ω1 ;
6定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不同次諧波力波，角頻率為(ηi±kj)ω1;
7定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)同次諧波力波，角頻率為2ηiω1;
電磁噪音測(cè)試最常用的鑒別方法是：
1、突然斷電法。
2、測(cè)振法。
3、混合變頻判斷法。所謂混合變頻法是指利用相關(guān)儀器輔助人耳鑒別噪音。混合變頻鑒別法的輔助設(shè)備為一套可變頻音響設(shè)備。鑒別時(shí)，首先測(cè)試電機(jī)在恒電壓恒轉(zhuǎn)速時(shí)的噪音頻譜，記錄幅值較大的頻段，令變頻音響設(shè)備在這些頻段上發(fā)出激勵(lì)聲源，根據(jù)同頻聲波幅值疊加原理，當(dāng)激勵(lì)聲源與噪音相應(yīng)頻譜成分接近或一致時(shí)，人耳會(huì)感覺(jué)到噪音被加強(qiáng)。
二、定位力矩與噪音
?定位力矩－電機(jī)不通電時(shí)永磁轉(zhuǎn)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(shù)2P＝2， 齒數(shù)Z＝3，每周穩(wěn)定位置數(shù)υ＝6
虛位移方法求取TC：
，
最低次數(shù)υmin－每周磁能狀態(tài)重復(fù)次數(shù)：
C— 2P 和Z的最大公約數(shù)；
?幅值－決定于磁勢(shì)平方F2和磁導(dǎo)G的υ次幅值乘積。
缺陷磁路的齒槽力矩
?轉(zhuǎn)子有缺陷導(dǎo)致Z次定位力矩
?定子有缺陷導(dǎo)致2P次定位力矩
噪音頻率為電流頻率的18倍，機(jī)械轉(zhuǎn)速的180次；機(jī)的定位力矩分析
三、方波無(wú)刷直流電機(jī)力矩波動(dòng)與噪音
波動(dòng)力矩—指令一定下不同轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)的電磁力矩波動(dòng)分量引起的原因：電動(dòng)勢(shì)e和電流 i 的波形偏離了理想波形。
展開(kāi) 與電機(jī)有關(guān)的方法
步進(jìn)電機(jī)的振動(dòng)噪音由步進(jìn)電機(jī)本體引起的原因如下：
激磁電源的高次諧波成分。
齒槽轉(zhuǎn)矩
徑向吸引力引起的轉(zhuǎn)子變形產(chǎn)生的振動(dòng)噪音。
定子與端蓋的剛性不夠
線圈及磁路的不平衡，及機(jī)械結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱。
各部分配合松動(dòng)。
線圈本身的位移。
轉(zhuǎn)子偏心或動(dòng)平衡不好。
軸承預(yù)緊力不合適。
除此之外，還要考慮以下原因：
與安裝機(jī)械和負(fù)載系統(tǒng)的共振。
傳動(dòng)系統(tǒng)（齒輪嚙合的不平衡等）。
上述中，與電機(jī)有關(guān)的降低振動(dòng)和噪音效果好的方法如下：
提高定子的剛度
兩相56mmHB型步進(jìn)電機(jī)（1.8°）的結(jié)構(gòu)如下圖所示：
轉(zhuǎn)子直徑減小約10%，定子殼體增加10%，提高定子的剛性后與原設(shè)計(jì)相比，其振動(dòng)噪音如下圖所示得以改善。
步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生噪音的原因，主要有高次諧波產(chǎn)生的電磁力，定子剛度不夠，定子主極對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的吸引力，引起定子的微小變形等。
定子的多主極
定子剛度與噪音之間的關(guān)系如上圖所示，定子主極吸引轉(zhuǎn)子才使定子發(fā)生微小變形，也為產(chǎn)生噪音的原因。如上（兩相56mmHB型步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖）所示，兩相HB型有8個(gè)主極。兩相時(shí)定子主極數(shù)為4、8、16，三相時(shí)主極數(shù)為3、6、9、12等。一般主極數(shù)越多，低速轉(zhuǎn)矩越低，高速響應(yīng)能力越好，線圈越小，振動(dòng)噪音越得以改善。
下面以伺服步進(jìn)電機(jī)（VR型的步進(jìn)電機(jī)）為例，介紹降低振動(dòng)、噪音的方法。定子的主極數(shù)為三相6極或三相12極，分析徑向引起的振動(dòng)，可以得到降低噪音的解決方法，可以看到6極有6個(gè)地方磁場(chǎng)變化，12極有12個(gè)地方磁場(chǎng)變化，然而12個(gè)極處的變化量比6個(gè)極的小，所以產(chǎn)生的振動(dòng)就小。
HB型步進(jìn)電機(jī)，主極越多，線圈繞制的時(shí)間越長(zhǎng)，費(fèi)用越高，但主極的增加是降低振動(dòng)噪音的一種手段。
展開(kāi) 噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）(在~20Hz-20kHz之間)的常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)。引起這些振動(dòng)的力可以來(lái)自許多來(lái)源。對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)，這些力可能是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子軸的磁力，也可能是更大的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)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(jī)的一個(gè)熱門(mén)話題，而諸如重量和成本降低等競(jìng)爭(zhēng)性需求會(huì)帶來(lái)工程挑戰(zhàn)，如果不加以解決，可能會(huì)影響客戶滿意度和產(chǎn)品接受度，使用ANSYS工具將為如何全面解決電機(jī)噪聲提供工程指導(dǎo)。
1. 問(wèn)題分析
本例以永磁同步電機(jī)模型為例。在Maxwell 2D中，利用該電機(jī)的1/8模型，計(jì)算定子內(nèi)表面徑向和切向磁拉力；然后在ANSYS Mechanical中進(jìn)行該電機(jī)三維定子的諧響應(yīng)分析；最后在ANSYS Harmonic Acoustic中進(jìn)行三維聲場(chǎng)分析。在Workbench中，Maxwell中計(jì)算的定子內(nèi)表面徑向和切向磁拉時(shí)域力密度分布，作為激勵(lì)源，耦合到Mechanical 中進(jìn)行頻域的諧響應(yīng)分析；諧響應(yīng)分析的結(jié)果，作為激勵(lì)耦合到ANSYS Harmonic Acoustic 中，作為噪聲分析的激勵(lì)。
幾何模型
圖2 模型示意圖
材料參數(shù)
，仿真過(guò)程中使用的材料為默認(rèn)的結(jié)構(gòu)鋼
2. 電磁力計(jì)算
圖3 1/8電機(jī)模型
分析模型為 Prius 電機(jī)的二維分析模型，建立Maxwell 2D分析流程。
打開(kāi)【W(wǎng)orkbench】->【Toolbox】->【Analysis Systems】，添加一個(gè)Maxwell 2D分析系統(tǒng)。
展開(kāi) 電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備的噪聲起因很多，有電磁振動(dòng)噪聲、機(jī)械噪聲及流致噪聲等等，本文通過(guò)ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細(xì)介紹如何將作用在定子上的瞬態(tài)電磁力作為結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析的載荷計(jì)算振動(dòng)噪聲。
1.電磁模型建立與分析
如圖1所示為一個(gè)電機(jī)模型，電機(jī)的額定輸出功率為550W，額定電壓為220V，極對(duì)數(shù)為4，定子齒數(shù)為24個(gè)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為1500rpm，求電磁振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲大小。
本算例使用的模塊如下：
RMxprt模塊：建立電機(jī)類型；
Maxwell模塊：2D瞬態(tài)電磁場(chǎng)計(jì)算；
Structural 模塊：3D諧響應(yīng)分析計(jì)算；
Acoustics ACT模塊：噪聲計(jì)算
注：Acoustics ACT模塊需要單獨(dú)安裝，請(qǐng)用戶到官方網(wǎng)站上自行下載。
圖1 電機(jī)模型
電機(jī)的電路模型如圖2所示。
圖2 電機(jī)電路模型
1）啟動(dòng)Workbench。在Windows XP下單擊“開(kāi)始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench15命令，即可進(jìn)入Workbench主界面。
2）保存工程文檔。進(jìn)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(guān)閉）按鈕將其關(guān)閉。
3）雙擊Toolbox→Analysis System→RMxprt模塊建立項(xiàng)目A，如圖3所示。
4）雙擊項(xiàng)目A中的A1欄進(jìn)如RMxprt電機(jī)設(shè)置平臺(tái)，如圖4所示。
圖3 RMxprt模塊 圖4 RMxprt平臺(tái)
5）依次選擇菜單RMxprt→Machine Type，在彈出的電機(jī)類型選擇對(duì)話框中單擊Generic Rotating Machine選項(xiàng)，單擊OK按鈕，如圖5所示。
展開(kāi) 
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ansys電機(jī)噪音振動(dòng)的最新內(nèi)容
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(jí)應(yīng)用工程師
編輯整理：王楊 | Ansys 主任應(yīng)用工程師
噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度（NVH）是電機(jī)設(shè)計(jì)與性能的關(guān)鍵因素。過(guò)高的NVH會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品壽命縮短
本文轉(zhuǎn)載自電子發(fā)燒友
描述
步進(jìn)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制、安全性高、成本低、轉(zhuǎn)矩高等優(yōu)點(diǎn)，作為一種高性能的數(shù)字化電氣元件，廣泛應(yīng)用于各種類型的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)中。然而，步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)缺點(diǎn)，在簡(jiǎn)單的開(kāi)環(huán)設(shè)計(jì)中，它可以在低速產(chǎn)生噪聲。噪聲和共振主要來(lái)源于驅(qū)動(dòng)電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)的共振。
噪聲可能是任何電氣設(shè)備的問(wèn)題，從變壓器到直流電機(jī)，工業(yè)界一直在尋找經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)降低發(fā)出聲噪聲并提高電氣設(shè)備的感知質(zhì)量水平
噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）(在~20Hz-20kHz之間)的常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)。引起這些振動(dòng)的力可以來(lái)自許多來(lái)源。對(duì)于電機(jī)來(lái)說(shuō)，這些力可能是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子軸的磁力，也可能是更大的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)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(jī)的一個(gè)熱門(mén)話題，而諸如重量和成本降低等競(jìng)爭(zhēng)性需求會(huì)帶來(lái)工程挑戰(zhàn)，如果不加以解決，
電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備的噪聲起因很多，有電磁振動(dòng)噪聲、機(jī)械噪聲及流致噪聲等等，本文通過(guò)ANSYS公司的官方案例為操作背景，詳細(xì)介紹如何將作用在定子上的瞬態(tài)電磁力作為結(jié)構(gòu)諧響應(yīng)分析的載荷計(jì)算振動(dòng)噪聲。
1.電磁模型建立與分析
如圖1所示為一個(gè)電機(jī)模型，電機(jī)的額定輸出功率為550W，額定電壓為220V，極對(duì)數(shù)為4，定子齒數(shù)為24個(gè)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為1500rpm，求電磁振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲大小
一、 振動(dòng)與噪音機(jī)理
耳聽(tīng)覺(jué)的聲波頻率范圍大約為20Hz~20kHz；
1、電磁噪音------控制器pwm；定位力矩；力矩波動(dòng)等；
2、機(jī)械噪音------電機(jī)軸承；電機(jī)電刷；轉(zhuǎn)子不平衡等；
3、空氣動(dòng)力噪音。
——在頻率300一600赫茲區(qū)隊(duì)80分貝響度級(jí)的噪聲若每天連續(xù)作用8小時(shí)，實(shí)際上不會(huì)引起對(duì)1000一2000赫茲言語(yǔ)頻率范圍內(nèi)的聽(tīng)覺(jué)喪失；
——在頻率
背景
電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容包括四個(gè)方面，一是確定電機(jī)的防護(hù)形式、軸承型式和數(shù)目、軸伸型式和數(shù)目、安裝方式和冷卻系統(tǒng)等；二是確定電機(jī)某零部件具體的結(jié)構(gòu)型式、形狀和具體尺寸，使用的材料；三是確定電機(jī)機(jī)械聯(lián)接的零部件之間的聯(lián)接方式；四是核算電機(jī)零部件的機(jī)械性能，包括強(qiáng)度、剛度、變形等的計(jì)算；而這幾部分內(nèi)容之間是有相互關(guān)系和相互影響，需要電機(jī)結(jié)構(gòu)工程師考慮充分及計(jì)算結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等問(wèn)題準(zhǔn)確，計(jì)算結(jié)構(gòu)相關(guān)問(wèn)題準(zhǔn)確往往需要使用當(dāng)下有限元等仿真方法
電機(jī)多場(chǎng)耦合仿真（電磁、流體、振動(dòng)、噪聲耦合分析）
培訓(xùn)背景
電機(jī)，特別是現(xiàn)代高效能電機(jī)和新型永磁電機(jī)，作為工業(yè)領(lǐng)域最為重要的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，其直接/間接用電量占到了工業(yè)領(lǐng)域總用電量的近75%，如何在電機(jī)方案設(shè)計(jì)前期有效提升產(chǎn)品的效率？如何在保證效率的同時(shí)綜合提升電機(jī)的散熱性能指標(biāo)？如何優(yōu)化電機(jī)振動(dòng)和噪音？如何盡可能的壓縮產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本？上述問(wèn)題嚴(yán)重制約著電機(jī)研發(fā)
課程介紹：
電機(jī)的振動(dòng)和噪聲研究十分復(fù)雜，它涉及了電磁、能量轉(zhuǎn)換、機(jī)械振動(dòng)、特殊物理聲學(xué)、電子學(xué)和數(shù)學(xué)等許多學(xué)科。電機(jī)噪聲主要包括電磁噪聲、和機(jī)械噪聲，產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，是電機(jī)研發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)。
永磁電機(jī)是電機(jī)行業(yè)未來(lái)的一大發(fā)展趨勢(shì)，且隨著新能源汽車、軌道車輛、風(fēng)能發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，永磁電機(jī)的功率越來(lái)越大，轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，在實(shí)現(xiàn)功率密度越來(lái)越高的同時(shí)，電機(jī)研發(fā)工程師需要同時(shí)關(guān)注電機(jī)電磁、熱、
