ansys電機(jī)振動(dòng)噪聲的案例
電機(jī)振動(dòng)噪聲建模分析：ANSYS電機(jī)振動(dòng)噪聲分析
噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）(在~20Hz-20kHz之間)的常見術(shù)語。引起這些振動(dòng)的力可以來自許多來源。對(duì)于電機(jī)來說，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)熱門話題，而諸如重量和成本降低等競爭性需求會(huì)帶來工程挑戰(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【W(wǎng)orkbench】->【Toolbox】->【Analysis Systems】，添加一個(gè)Maxwell 2D分析系統(tǒng)。
展開 電機(jī)振動(dòng)噪聲建模分析:基于ANSYS Workbench平臺(tái)的電機(jī)電磁噪聲仿真分析
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 電機(jī)振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生以及控制：振動(dòng)和噪聲的來源
先從電機(jī)的噪聲說起，電機(jī)噪聲根據(jù)其產(chǎn)生機(jī)理的不同，大致可分為三類：電磁噪聲、機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力噪聲
1
電磁噪聲
電磁噪聲來源于電磁振動(dòng)，電磁振動(dòng)由電機(jī)氣隙磁場作用于電機(jī)鐵心產(chǎn)生的電磁力所激發(fā)，而電機(jī)氣隙磁場又決定于定轉(zhuǎn)子繞組磁動(dòng)勢和氣隙磁導(dǎo)。氣隙磁場產(chǎn)生的電磁力是一個(gè)旋轉(zhuǎn)力波，有徑向和切向兩個(gè)分量。徑向分量使定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向變形和周期性振動(dòng)，是電磁噪聲的主要來源；切向分量是與電磁轉(zhuǎn)矩相對(duì)應(yīng)的作用力矩，它使齒對(duì)其根部彎曲，并產(chǎn)生局部振動(dòng)變形，是電磁噪聲的一個(gè)次要來源。還有很多設(shè)計(jì)和故障原因，也會(huì)造成電磁噪聲的增加，例如：鐵心飽和的影響；電網(wǎng)中的諧波分量；異步電動(dòng)機(jī)斷條；裝配氣隙不均勻等等。電磁噪聲的大小與電機(jī)氣隙內(nèi)的諧波磁場及由此產(chǎn)生的力波的幅值、頻率和磁極數(shù)有關(guān)，也同定子的固有頻率、阻尼系數(shù)等密切相關(guān)。
2
機(jī)械噪聲
電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部分的摩擦、撞擊、不平衡以及結(jié)構(gòu)共振形成機(jī)械噪聲，主要是軸承和換向引起的。電機(jī)軸承在繁重的工作狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠和外圈滾道相接處會(huì)發(fā)生彈性變形。滾道變形隨接觸處的變化呈周期性變化，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。軸承裝機(jī)后，內(nèi)外圈的配合及軸承游隙對(duì)電機(jī)噪聲也有一定的影響。
展開 電機(jī)NVH測試優(yōu)化：鑄鐵平臺(tái)在噪聲振動(dòng)測試中的基礎(chǔ)作用
在新能源汽車、工業(yè)電機(jī)、家電電機(jī)等領(lǐng)域，NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）功能是評(píng)估電機(jī)品質(zhì)的核心指標(biāo)，直接影響產(chǎn)品舒適性、可靠性與市場競爭力。電
電機(jī)NVH測試優(yōu)化：鑄鐵平臺(tái)在噪聲振動(dòng)測試中的基礎(chǔ)作用
在新能源汽車、工業(yè)電機(jī)、家電電機(jī)等領(lǐng)域，NVH（噪聲、振動(dòng)與聲振粗糙度）功能是評(píng)估電機(jī)品質(zhì)的核心指標(biāo)，直接影響產(chǎn)品舒適性、可靠性與市場競爭力。電機(jī)NVH測試的核心訴求是準(zhǔn)捕捉噪聲與振動(dòng)信號(hào)，而測試基準(zhǔn)的穩(wěn)定性直接決定信號(hào)采集的真實(shí)性。鑄鐵平臺(tái)作為電機(jī)NVH測試臺(tái)的核心基礎(chǔ)部件，憑借高剛性、低振動(dòng)、強(qiáng)抗干擾的特性，為噪聲振動(dòng)測試搭建穩(wěn)定基準(zhǔn)，是優(yōu)化NVH測試精度與效率的關(guān)鍵支撐。本文深解析鑄鐵平臺(tái)在噪聲振動(dòng)測試中的基礎(chǔ)作用，融入電機(jī)噪聲測試平臺(tái)、振動(dòng)測試基準(zhǔn)平臺(tái)等高頻關(guān)鍵詞，為NVH測試方案優(yōu)化提供技術(shù)參考。
電機(jī)NVH測試的核心痛點(diǎn)是“信號(hào)干擾導(dǎo)致測試失真”。噪聲振動(dòng)信號(hào)本身具有微弱性、高頻性特點(diǎn)，測試過程中，電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)易引發(fā)測試基準(zhǔn)變形，車間環(huán)境噪聲、地面振動(dòng)、其他設(shè)備運(yùn)行干擾等，也會(huì)混入測試信號(hào)，導(dǎo)致真實(shí)的電機(jī)NVH信號(hào)被掩蓋。普通測試基座難以這些干擾，而鑄鐵平臺(tái)通過科學(xué)的結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計(jì)，從根源上優(yōu)化測試環(huán)境，為準(zhǔn)采集NVH信號(hào)筑牢基礎(chǔ)。
鑄鐵平臺(tái)在噪聲振動(dòng)測試中的基礎(chǔ)作用，主要通過三大核心價(jià)值實(shí)現(xiàn)，為NVH測試優(yōu)化提供關(guān)鍵支撐。其一，高剛性結(jié)構(gòu)保障測試基準(zhǔn)穩(wěn)定。平臺(tái)主體選用HT250強(qiáng)度灰鑄鐵或QT600球墨鑄鐵，經(jīng)高溫時(shí)效+振動(dòng)時(shí)效+自然時(shí)效三重處理，殘余應(yīng)力去除率≥99%，搭配“箱型封閉框架+十字交叉加密筋板”設(shè)計(jì)，筋板厚度≥25mm，臺(tái)面厚度≥100mm，在電機(jī)振動(dòng)載荷作用下，臺(tái)面撓度≤0.01mm/m，無塑性變形。穩(wěn)定的基準(zhǔn)面可避免電機(jī)安裝位置偏移，確保振動(dòng)傳感器采集的信號(hào)真實(shí)反映電機(jī)本身振動(dòng)特性，減少基準(zhǔn)變形導(dǎo)致的測試誤差。
其二，優(yōu)異阻尼特性抑振動(dòng)干擾。
展開 
整車電機(jī)振動(dòng)噪聲：某混合動(dòng)力汽車電機(jī)噪聲分析和降噪設(shè)計(jì)
以某開發(fā)過程中的混合動(dòng)力轎車動(dòng)力總成為研究對(duì)象，針對(duì)其開發(fā)過程中出現(xiàn)的電機(jī)高頻噪聲過大問題，采取正向設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化，提升了該電機(jī)的NVH性能，其聲品質(zhì)有大幅提高。研究內(nèi)容對(duì)工程實(shí)際具有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞
：混合動(dòng)力電動(dòng)汽車；NVH；電機(jī)
0 引言
混合動(dòng)力電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)汽車相比結(jié)構(gòu)差異較大．傳動(dòng)系統(tǒng)及其運(yùn)行模式作了改變。致使整車的振動(dòng)噪聲與傳統(tǒng)車相比具有新特點(diǎn)，傳動(dòng)系統(tǒng)在不同模式下表現(xiàn)出不同的NVH問題【I‘]，使得振動(dòng)噪聲的控制更為復(fù)雜。較低的背景噪聲使得原來傳統(tǒng)汽車中被掩蓋的噪聲凸顯出來，電機(jī)的高頻電磁噪聲會(huì)嚴(yán)重降低車內(nèi)噪聲的聲音品質(zhì)，同時(shí)降低乘坐舒適性。另外。電機(jī)的高扭矩和高轉(zhuǎn)速特性對(duì)齒輪系統(tǒng)的高頻嘯叫噪聲控制提出了新挑戰(zhàn)，電動(dòng)汽車動(dòng)力總成振動(dòng)噪聲問題不單單是發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的結(jié)構(gòu)噪聲和燃燒噪聲問題．傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、齒輪系統(tǒng)之間耦合振動(dòng)更為復(fù)雜。目前針對(duì)電動(dòng)汽車NVH研究的相關(guān)文獻(xiàn)較少。振動(dòng)噪聲設(shè)計(jì)應(yīng)該是正向設(shè)計(jì)而不是逆向設(shè)計(jì)。振動(dòng)噪聲問題應(yīng)該在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行杜絕和優(yōu)化，而不是出廠和售后問題。文中以某開發(fā)過程中的混合動(dòng)力轎車動(dòng)力總成為研究對(duì)象．對(duì)其開發(fā)過程中電機(jī)高頻噪聲過大問題進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，采取優(yōu)化措施。提升了該電機(jī)的NVH性能。其聲品質(zhì)有大幅提高，對(duì)工程實(shí)際有指導(dǎo)意義。
1 問題描述及NVH測試
該車型的動(dòng)力傳動(dòng)系由發(fā)動(dòng)機(jī)、行星齒輪系統(tǒng)、主電機(jī)、電池組、后驅(qū)電機(jī)組成。樣車在試車階段純電動(dòng)模式驅(qū)動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)速6250r／min時(shí)，駕駛室存在高頻電磁噪聲，車內(nèi)噪聲主觀評(píng)價(jià)較差，聲品質(zhì)較差；另外起步階段電機(jī)的高頻電磁噪聲同樣較大。該電機(jī)為8極48槽(極對(duì)數(shù)p=4)同步電機(jī)，該混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力傳動(dòng)系簡圖如圖1所示。
展開 電機(jī)振動(dòng)噪聲建模分析：基于導(dǎo)入DXF轉(zhuǎn)子模型導(dǎo)入MANATEE的振動(dòng)噪聲仿真分析
通過導(dǎo)入DXF文件與MANATEE的耦合可以更加方便，更加準(zhǔn)確的進(jìn)行電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲的仿真分析，為用戶提供了切實(shí)可行的解決方案。
文章來源：天源科技
電機(jī)振動(dòng)噪聲建模分析：基于Motor-CAD的永磁同步電機(jī)E-NVH仿真分析（單一工況點(diǎn)噪聲）
目前，新能源汽車電機(jī)的噪聲問題變得越來越突出，電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲是設(shè)計(jì)人員研究的熱點(diǎn)問題，而電磁振動(dòng)噪聲的激勵(lì)源電磁力波至關(guān)重要。本文基于Motor-CAD對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行電磁振動(dòng)噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機(jī)的E-NVH分析提供理論依據(jù)，并為永磁同步電機(jī)的E-NVH提供優(yōu)化途徑。
Motor-CAD是全球領(lǐng)先的新能源汽車電機(jī)選型分析及設(shè)計(jì)軟件，用于新能源汽車電機(jī)的選型匹配，優(yōu)化設(shè)計(jì)，競品分析，拆解分析等。開發(fā)至今，已被全球主要的整車生產(chǎn)企業(yè)、電機(jī)生產(chǎn)商、科研機(jī)構(gòu)及高校等廣泛使用。
Motor-CAD集成化軟件包，可在選型、設(shè)計(jì)階段高效地對(duì)電機(jī)進(jìn)行電磁和熱性能測試；軟件包括：電磁（EMag）、熱（Therm）、機(jī)械模塊（Mechanical）和虛擬實(shí)驗(yàn)室（Lab）四個(gè)模塊，可在幾分鐘內(nèi)精確評(píng)估電磁、熱和電磁振動(dòng)噪聲特性。
本例以一臺(tái)48S8P永磁同步電機(jī)為例，對(duì)電機(jī)的電磁噪聲進(jìn)行仿真分析。通過Motor-CAD中的Mechanical模塊對(duì)電機(jī)E-NVH進(jìn)行仿真分析，為后續(xù)的降噪方案提供思路。下圖所示電機(jī)的Motor-CAD模型圖，內(nèi)置式永磁同步電機(jī)，具體的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置在此不再贅述。
展開 電機(jī)設(shè)計(jì) | 利用Ansys Motor-CAD NVH調(diào)諧分析噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度（內(nèi)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(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。過高的NVH會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品壽命縮短、維護(hù)成本增加和客戶滿意度下降。因此，在設(shè)計(jì)早期階段解決NVH挑戰(zhàn)至關(guān)重要，以避免設(shè)計(jì)階段后期出現(xiàn)重大NVH問題。
電機(jī)NVH分析本質(zhì)上是一個(gè)結(jié)合了電磁和機(jī)械分析的、復(fù)雜的多物理場問題——因?yàn)?em>電機(jī)NVH問題通常源于電磁力與結(jié)構(gòu)組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機(jī)的電磁和機(jī)械屬性對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測其NVH性能至關(guān)重要。
Ansys Motor-CAD電機(jī)設(shè)計(jì)工具是一款專用解決方案，可用于在整個(gè)扭矩-速度范圍內(nèi)對(duì)電機(jī)進(jìn)行多物理場仿真。利用該工具，用戶能夠在同一個(gè)用戶界面中評(píng)估電磁、熱和機(jī)械性能。將電磁和機(jī)械模塊集成到Motor-CAD軟件中，可實(shí)現(xiàn)快速NVH分析，從而促進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的迭代優(yōu)化。這種方法使用戶能夠調(diào)整關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)（例如繞組配置、轉(zhuǎn)子和定子幾何結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)材料），并快速評(píng)估其對(duì)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(shí)現(xiàn)最佳平衡。
為了進(jìn)行快速NVH分析，Motor-CAD軟件使用一種分析機(jī)械模型，將定子幾何結(jié)構(gòu)簡化為簡單的環(huán)形結(jié)構(gòu)。然而，其在剛度計(jì)算方面有局限性。例如，當(dāng)齒底較寬時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況——如圖1所示，齒部幾何結(jié)構(gòu)會(huì)影響定子軛剛度。
圖2比較了未調(diào)諧的Motor-CAD等效輻射功率（ERP）水平與圖1所示電機(jī)在Ansys Mechanical結(jié)構(gòu)有限元分析（FEA）軟件中的結(jié)果。
展開 【12月4-5日 上海】ANSYS官方培訓(xùn)—電機(jī)多場耦合仿真（電磁、流體、振動(dòng)、噪聲耦合分析）
電機(jī)多場耦合仿真（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)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品的開發(fā)成本？上述問題嚴(yán)重制約著電機(jī)研發(fā)、設(shè)計(jì)企業(yè)和研究院所的長期穩(wěn)定發(fā)展，以及產(chǎn)品的核心競爭力提升。
為了推進(jìn)中國電機(jī)設(shè)計(jì)企業(yè)和院所的產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力提升、解決電機(jī)設(shè)計(jì)工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中面臨的工程問題；同時(shí)，也為了讓廣大電機(jī)設(shè)計(jì)工程師更好的使用軟件，普及ANSYS電機(jī)多物理場耦合分析高級(jí)功能， ANSYS公司（原廠）特定于12月4日在上海開辦 “電機(jī)多場耦合仿真（電磁、流體、振動(dòng)、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(xiàng)功能靈活高效地應(yīng)用于仿真中，解決目前一些研究熱點(diǎn)中的仿真難題，提升高效電機(jī)產(chǎn)品研制和設(shè)計(jì)效率。
培訓(xùn)合格者發(fā)放ANSYS技術(shù)培訓(xùn)認(rèn)證證書。
展開 【NVH】電機(jī)的振動(dòng)噪聲
電機(jī)的振動(dòng)噪聲
來源：電機(jī)技術(shù)及應(yīng)用
定子電磁力影響研究
電機(jī)中的定子電磁噪聲主要受兩方面的因素影響，電磁激振力和相應(yīng)激振力引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)及聲輻射，以下對(duì)引起噪聲的定子電磁力的解析表達(dá)及相應(yīng)的振動(dòng)和聲輻射的研究情況進(jìn)行綜述。
英國謝菲爾德大學(xué)的Z.Q.Zhu教授等運(yùn)用解析法對(duì)永磁電機(jī)定子電磁力及其噪聲進(jìn)行研究，對(duì)永磁無刷電機(jī)電磁力進(jìn)行理論研究，對(duì)10 極 9 槽的永磁無刷直流電機(jī)的振動(dòng)噪聲進(jìn)行研究，理論上研究了電磁力與定子齒寬間的關(guān)系，同時(shí)分析了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與振動(dòng)噪聲優(yōu)化結(jié)果間的關(guān)系。
沈陽工業(yè)大學(xué)的唐任遠(yuǎn)教授、宋志環(huán)提供了完整的解析方法研究永磁電機(jī)內(nèi)的電磁力及其諧波，為進(jìn)一步的永磁電機(jī)噪聲理論研究提供了理論支持。圍繞正弦波和變頻器供電的永磁同步電機(jī)進(jìn)行電磁振動(dòng)噪聲源的分析，對(duì)氣隙磁場、法向電磁力和振動(dòng)噪聲的特征頻率進(jìn)行研究，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因進(jìn)行分析，其次運(yùn)用有限元對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行仿真并加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)分析了不同槽極配合情況下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，以及氣隙長度、極弧系數(shù)、削角、槽口寬度等對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響。
展開 異步電機(jī)的電磁振動(dòng)和噪聲
由于電機(jī)的電磁振動(dòng)是電機(jī)電磁場和電機(jī)結(jié)構(gòu)相互作用的結(jié)果，那么利用磁-固耦合振動(dòng)理論來研究電機(jī)的電磁振動(dòng)是尋找電機(jī)電磁振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理以及解決電機(jī)電磁振動(dòng)最有效的方法。由于電磁力是電機(jī)電磁振動(dòng)的激勵(lì)源，其計(jì)算的精度決定了電機(jī)電磁振動(dòng)的計(jì)算精度， 所以目前在電機(jī)電磁振動(dòng)的研究中大多采用數(shù)值分析法來計(jì)算電機(jī)的電磁力。
ANSYS電機(jī)電磁-熱-結(jié)構(gòu)振動(dòng)-噪聲耦合分析應(yīng)用
在電機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲計(jì)算分析中，主要包含以下幾個(gè)部分：
動(dòng)力學(xué)分析
：包括模態(tài)分析，諧響應(yīng)分析，轉(zhuǎn)子振動(dòng)分析，轉(zhuǎn)子、定子、機(jī)座耦合振動(dòng)分析，定子及底座振動(dòng)分析，共振、臨界轉(zhuǎn)速分析，瞬態(tài)響應(yīng)特性。
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永磁電機(jī)的振動(dòng)噪聲
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作者：白增程 沈陽安世亞太公司仿真應(yīng)用工程師
對(duì)于永磁電機(jī)電磁噪聲的研究，近年來的研究熱點(diǎn)主要圍繞在四個(gè)方面：
定子電磁力影響研究
轉(zhuǎn)子電磁力影響研究
電機(jī)本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)研究
控制方法抑制電機(jī)電磁噪聲研究
定子電磁力影響研究
電機(jī)中的定子電磁噪聲主要受兩方面的因素影響，電磁激振力和相應(yīng)激振力引起的結(jié)構(gòu)響應(yīng)及聲輻射，以下對(duì)引起噪聲的定子電磁力的解析表達(dá)及相應(yīng)的振動(dòng)和聲輻射的研究情況進(jìn)行綜述。
英國謝菲爾德大學(xué)的Z.Q.Zhu教授等運(yùn)用解析法：
對(duì)永磁電機(jī)定子電磁力及其噪聲進(jìn)行研究，
對(duì)永磁無刷電機(jī)電磁力進(jìn)行理論研究，
對(duì)10 極 9 槽的永磁無刷直流電機(jī)的振動(dòng)噪聲進(jìn)行研究，
理論上研究了電磁力與定子齒寬間的關(guān)系，
同時(shí)分析了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)與振動(dòng)噪聲優(yōu)化結(jié)果間的關(guān)系。
沈陽工業(yè)大學(xué)的唐任遠(yuǎn)教授、宋志環(huán)提供了完整的解析方法研究永磁電機(jī)內(nèi)的電磁力及其諧波，為進(jìn)一步的永磁電機(jī)噪聲理論研究提供了理論支持。圍繞正弦波和變頻器供電的永磁同步電機(jī)進(jìn)行電磁振動(dòng)噪聲源的分析，對(duì)氣隙磁場、法向電磁力和振動(dòng)噪聲的特征頻率進(jìn)行研究，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因進(jìn)行分析，其次運(yùn)用有限元對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)進(jìn)行仿真并加以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，同時(shí)分析了不同槽極配合情況下的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，以及氣隙長度、極弧系數(shù)、削角、槽口寬度等對(duì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的影響。
電磁徑向力和切向力的模型，并進(jìn)行了相應(yīng)的模態(tài)仿真，對(duì)電磁力和振動(dòng)噪聲響應(yīng)進(jìn)行了頻域分析和聲輻射模型的分析，并進(jìn)行了相應(yīng)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究，其指出永磁電機(jī)定子主要模態(tài)如圖所示。
展開 永磁電機(jī)的振動(dòng)噪聲
電磁徑向力和切向力的模型，并進(jìn)行了相應(yīng)的模態(tài)仿真，對(duì)電磁力和振動(dòng)噪聲響應(yīng)進(jìn)行了頻域分析和聲輻射模型的分析，并進(jìn)行了相應(yīng)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究，其指出永磁電機(jī)定子主要模態(tài)如圖所示。
永磁電機(jī)主要模態(tài)
電機(jī)本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)
電機(jī)中主磁通大致上沿徑向進(jìn)入氣隙，并在定子和轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生徑向力，從而引起電磁振動(dòng)和噪聲。同時(shí)，它產(chǎn)生切向力矩和軸向力，引起切向振動(dòng)和軸向振動(dòng)。在很多場合，如電機(jī)不對(duì)稱或單相電機(jī)中，所產(chǎn)生的切向振動(dòng)很大，容易引起與電機(jī)相連的部件共振，產(chǎn)生輻射噪聲。為了計(jì)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(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的力波。為此，通過氣隙磁場的分析，進(jìn)行電磁力波的分析。
假設(shè)定子所產(chǎn)生的磁通密度波為
,轉(zhuǎn)子產(chǎn)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(zhuǎn)子開槽、繞組分布、輸入電流波形畸變、氣隙磁導(dǎo)波動(dòng)、轉(zhuǎn)子偏心、相同不平衡等因素均會(huì)導(dǎo)致機(jī)械變形進(jìn)而引發(fā)振動(dòng)。
磁動(dòng)勢的空間諧波、時(shí)間諧波、槽諧波、偏心諧波以及磁飽和等均會(huì)產(chǎn)生力和轉(zhuǎn)矩的高次諧波。
尤其是交流電機(jī)中的徑向力波，它會(huì)同時(shí)作用于電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子上并產(chǎn)生磁路畸變。
定子——機(jī)座和轉(zhuǎn)子——外殼結(jié)構(gòu)是電機(jī)噪聲的主要輻射源。如果徑向力接近或等于定子——基座系統(tǒng)的固有頻率，則將產(chǎn)生共振，這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)定子系統(tǒng)的形變并產(chǎn)生振動(dòng)和聲學(xué)噪聲。
在大多數(shù)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(jì)（f為電機(jī)的基波頻率，p是電機(jī)極對(duì)數(shù)）。
展開 如何選用電機(jī)振動(dòng)噪聲分析工具
六、小結(jié)
本文針對(duì)如何選用電機(jī)振動(dòng)噪聲分析工具進(jìn)行概述，分別通過電機(jī)設(shè)計(jì)的前期、中期、后期，以及在NVH故障診斷時(shí)，介紹電機(jī)振動(dòng)噪聲分析工具分別可以為工程師提供哪些幫助。如何在實(shí)際設(shè)計(jì)中使用這些工具，以及這些工具有哪些注意事項(xiàng)，敬請期待后續(xù)系列文章。
文章來源：電機(jī)空間
注：文章引用圖片來自公開資料或作者原創(chuàng)
永磁電機(jī)振動(dòng)噪聲簡述
02 電機(jī)噪聲貢獻(xiàn)
03 徑向電磁力引起的振動(dòng)噪聲
04 徑向電磁力實(shí)例
以下四張圖可以得出：
低頻電磁力大于高頻。（低頻為主）
低模數(shù)電磁力大于高模數(shù)。（低模數(shù)為主）
負(fù)載的電磁力大于空載。
05 齒槽轉(zhuǎn)矩（定位轉(zhuǎn)矩）的特點(diǎn)
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