ansys電機噪音振動的案例
ANSYS新型永磁電機電磁、振動、噪音耦合分析高級培訓班
課程介紹：
電機的振動和噪聲研究十分復雜，它涉及了電磁、能量轉換、機械振動、特殊物理聲學、電子學和數學等許多學科。電機噪聲主要包括電磁噪聲、和機械噪聲，產生機理復雜，是電機研發中的關鍵技術。
永磁電機是電機行業未來的一大發展趨勢，且隨著新能源汽車、軌道車輛、風能發電等工業領域的迅速發展，永磁電機的功率越來越大，轉速越來越高，在實現功率密度越來越高的同時，電機研發工程師需要同時關注電機電磁、熱、振動、噪聲等多場耦合問題。
ANSYS針對永磁電機提供了多場耦合的集成化設計解決方案， 可以快速實現電機電磁優化設計、定制化電機性能分析、多場耦合分析等，可以對電機電磁噪聲問題進行預測，使電機研發工程師能在電機設計階段評估和優化電機結構，減少由電磁力引起的噪聲超標，避免因為噪聲問題影響產品性能。
本次培訓主要針對工業電機中常見的電磁噪聲、機械振動噪聲問題進行相關培訓，為提升相關科技工作者的技術水平，普及ANSYS軟件高級功能。因此，ANSYS公司特開辦“ANSYS新型永磁電機電磁、振動、噪音耦合分析高級培訓班”。
培訓合格者發放ANSYS技術培訓認證證書。
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 降低步進電機振動、噪音的解決方法
與電機有關的方法
步進電機的振動噪音由步進電機本體引起的原因如下：
激磁電源的高次諧波成分。
齒槽轉矩
徑向吸引力引起的轉子變形產生的振動噪音。
定子與端蓋的剛性不夠
線圈及磁路的不平衡，及機械結構的不對稱。
各部分配合松動。
線圈本身的位移。
轉子偏心或動平衡不好。
軸承預緊力不合適。
除此之外，還要考慮以下原因：
與安裝機械和負載系統的共振。
傳動系統（齒輪嚙合的不平衡等）。
上述中，與電機有關的降低振動和噪音效果好的方法如下：
提高定子的剛度
兩相56mmHB型步進電機（1.8°）的結構如下圖所示：
轉子直徑減小約10%，定子殼體增加10%，提高定子的剛性后與原設計相比，其振動噪音如下圖所示得以改善。
步進電機產生噪音的原因，主要有高次諧波產生的電磁力，定子剛度不夠，定子主極對轉子產生的吸引力，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系如上圖所示，定子主極吸引轉子才使定子發生微小變形，也為產生噪音的原因。如上（兩相56mmHB型步進電機結構圖）所示，兩相HB型有8個主極。兩相時定子主極數為4、8、16，三相時主極數為3、6、9、12等。一般主極數越多，低速轉矩越低，高速響應能力越好，線圈越小，振動噪音越得以改善。
下面以伺服步進電機（VR型的步進電機）為例，介紹降低振動、噪音的方法。定子的主極數為三相6極或三相12極，分析徑向引起的振動，可以得到降低噪音的解決方法，可以看到6極有6個地方磁場變化，12極有12個地方磁場變化，然而12個極處的變化量比6個極的小，所以產生的振動就小。
HB型步進電機，主極越多，線圈繞制的時間越長，費用越高，但主極的增加是降低振動噪音的一種手段。
展開 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 【4月19-22日 無錫】ANSYS Workbench電機結構強度、模態、振動仿真實例
背景
電機結構設計的基本內容包括四個方面，一是確定電機的防護形式、軸承型式和數目、軸伸型式和數目、安裝方式和冷卻系統等；二是確定電機某零部件具體的結構型式、形狀和具體尺寸，使用的材料；三是確定電機機械聯接的零部件之間的聯接方式；四是核算電機零部件的機械性能，包括強度、剛度、變形等的計算；而這幾部分內容之間是有相互關系和相互影響，需要電機結構工程師考慮充分及計算結構強度等問題準確，計算結構相關問題準確往往需要使用當下有限元等仿真方法。
先進的仿真平臺ANSYS Workbench是能實現結構靜力學、模態、諧響應、振動等仿真，Workbench獨特的項目圖形化界面把整個仿真過程緊密結合在一起，完成復雜的多物理場耦合分析，通過電磁場與電場、電磁場與熱場和電磁場與結構等物理場相互耦合分析產品，可以在產品設計階段就能減少產品問題。特舉辦“ANSYS Workbench電機結構強度、模態、振動仿真實例”培訓。詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間：2019年4月19日-4月22日（第一天報到，授課3天）
地點：江蘇*無錫
主講專家
該課程講師，具有13年電機設計及仿真分析經驗，具備電機結構及電磁等多物理場耦合仿真分析能力，一直對外提供技術咨詢服務，具有扎實的數值計算理論基礎；熟練掌握ANSYS EM、Workbench、Matlab等軟件。培訓40多場次，學員上千人。
內容大綱
報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
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 【12月4-5日 上海】ANSYS官方培訓—電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）
電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）
培訓背景
電機，特別是現代高效能電機和新型永磁電機，作為工業領域最為重要的電能轉換設備，其直接/間接用電量占到了工業領域總用電量的近75%，如何在電機方案設計前期有效提升產品的效率？如何在保證效率的同時綜合提升電機的散熱性能指標？如何優化電機振動和噪音？如何盡可能的壓縮產品開發周期、降低產品的開發成本？上述問題嚴重制約著電機研發、設計企業和研究院所的長期穩定發展，以及產品的核心競爭力提升。
為了推進中國電機設計企業和院所的產品設計能力提升、解決電機設計工程師在實際設計中面臨的工程問題；同時，也為了讓廣大電機設計工程師更好的使用軟件，普及ANSYS電機多物理場耦合分析高級功能， ANSYS公司（原廠）特定于12月4日在上海開辦 “電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）”專題班，幫助您全面了解ANSYS軟件最新功能與使用技巧，解答您在軟件使用中的疑惑與問題，并將上述軟件的各項功能靈活高效地應用于仿真中，解決目前一些研究熱點中的仿真難題，提升高效電機產品研制和設計效率。
培訓合格者發放ANSYS技術培訓認證證書。
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