Ansys 电机电磁、震动和噪声分析流程
Ansys电机电磁震动和噪声分析流程
Maxwell 分析模型介绍
分析模型为 Prius 电机的二维分析模型。 瞬态分析模型的各项设置已经设置好。 如需要详细了解如何设置电机的瞬态分析模型，请查看其他相关培训文件。
定子铁心
Phase C Phase B 转子 轴 Phase A Phase C
磁钢
Maxwell 模型修改
为了精确分析定子齿部的径向电磁力，并将力密度的分布耦合到后续的谐响应分 析中。需要将定子齿部“分割”出来，并施加更细密的网格剖分。
调整仿真时间与步长
双击 Projects 管理窗口上的 Analysis>Setup1 设置仿真停止时间 Stop Time 为10ms 设置时间步长 Time Step 为 50us 点击 OK
激活瞬态电磁场与谐响应分析的耦合分析选项
激活瞬态电磁场与谐响应分析耦合分析选项 点击菜单Maxwell2D > Enable Harmonic Force Calculation 在弹出的Enable Harmonic Force Coulping 窗口中， 1. 选中Enable Force Calculation， 2. 在每一个齿尖模型的选择框中，打勾如下图。 3. 点击 OK 。 Maxwell将会在最后一个完整周期， 计算每一个选中物体的瞬时电磁力， 并通过傅里叶分析，转化成频域的 电磁力数据，频率范围是从直流到 DC to 1/(2*dT).
在弹出的 Element Length Based Refinement 窗口中， 1. 将 Name 改成 Length_ToothTips 2. Restrict length of Elements: 3. Maximum Length of Elements: 0.25 mm 4. 点击 OK 改善曲线网格剖分 选中所有的物体（ Ctrl + A） 点击菜单 Maxwell 2D > Mesh Operations > Assign > Surface
电动机的噪声与振动测试与分析
电动机的噪声与振动测试与分析电动机作为一种重要的机电转换设备，广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输以及家庭电器等。
然而，电动机在运行中常常会产生噪声和振动，这不仅会影响设备的正常运行，还可能对周围环境和人体健康造成不利影响。
因此，对电动机的噪声和振动进行测试与分析，追求降噪和减振的技术手段，具有重要的现实意义和科学价值。
1. 噪声测试与分析1.1 噪声测试方法噪声测试是电动机噪声分析的首要步骤。
目前，常用的噪声测试方法包括声级计测量和阶谱分析法。
声级计测量是一种直接测量噪声强度的方法，通过将声级计放置在一定距离处，采集电动机产生的声音信号，并实时显示声级大小。
这种方法简单快捷，适用于一般的噪声测试和评估。
阶谱分析法是一种间接测量噪声的方法，通过将电动机产生的声音信号输入到频谱分析仪中，进行频谱分析，从而得到不同频率段的噪声能量分布情况。
这种方法可以更详细地了解不同频率段的噪声特性，有利于找到可能引起噪声的具体原因。
1.2 噪声分析方法噪声分析是在噪声测试的基础上，通过对噪声信号进行处理与分析，找出引起噪声的主要原因和改进方向。
常用的噪声分析方法包括声学特性分析和机械振动分析。
声学特性分析主要通过对噪声信号的频谱特性、时间特性和全频带频谱进行分析，找出主要频段和峰值，并与标准进行对比。
同时，还可以使用声场可视化技术，通过声场图对噪声分布进行直观观察和分析。
机械振动分析是通过测量电动机在运行过程中的振动信号，进而分析振动的频率、幅值和相位等特性。
通过对振动信号的分析，可以确定振动的主要来源，如不平衡、旋转不稳定等，并提出相应的改进措施。
2. 振动测试与分析2.1 振动测试方法振动测试是为了全面了解电动机振动行为及其特性，常用的振动测试方法有加速度传感器振动测试和频谱分析法。
加速度传感器振动测试是将加速度传感器固定在电动机设备上，测量其振动信号的加速度大小，并通过数据采集系统进行实时采集和记录。
这种方法能够直接获得振动信号的幅值和频率信息，为振动分析提供重要数据。
ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述
第一章磁场分析概述1.1磁场分析对象利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS 可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器·变压器·波导·螺线管传动器·谐振腔·电动机·连接器·磁成像系统·天线辐射·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：·磁通密度·能量损耗·磁场强度·磁漏·磁力及磁矩· S-参数·阻抗·品质因子Q·电感·回波损耗·涡流·本征频率存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。
1.2ANSYS如何完成电磁场分析计算ANSYS以Maxwell方程组作为电磁场分析的出发点。
有限元方法计算的未知量（自由度）主要是磁位或通量，其他关心的物理量可以由这些自由度导出。
根据用户所选择的单元类型和单元选项的不同，ANSYS计算的自由度可以是标量磁位、矢量磁位或边界通量。
1.3静态、谐波、瞬态磁场分析利用ANSYS可以完成下列磁场分析：·2-D静态磁场分析，分析直流电(DC)或永磁体所产生的磁场，用矢量位方程。
参见本书“二维静态磁场分析”·2-D谐波磁场分析，分析低频交流电流(AC)或交流电压所产生的磁场，用矢量位方程。
参见本书“二维谐波磁场分析”·2-D瞬态磁场分析，分析随时间任意变化的电流或外场所产生的磁场，包含永磁体的效应，用矢量位方程。
参见本书“二维瞬态磁场分析”·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用标量位方法。
参见本书“三维静态磁场分析（标量位方法）”·3-D静态磁场分析，分析直流电或永磁体所产生的磁场，用棱边单元法。
Ansys电磁场分析经典教程
耦合场分析概况…………………………………………………………………………….. 5-1
1-1
第一章
教程综述
1-2
• ANSYS/EMAG能用于模拟工业电磁装 置
• 电磁装置当然是3维，但可简化 为2维模 型。
• 模拟可考虑为： – 稳态 – 交流（谐波） – 时变瞬态 • 阶跃电压 • PWM(脉宽调制） （Pulse Width Modulation) • 任意
• 为每个物理区定义材料 – 导磁率（常数或非线性） – 电阻率 – 矫顽磁力，剩余磁感应
衔铁 线圈 锭子
实体模型
1-5
• 建实体模型 • 给模型赋予属性以模拟物理区 • 赋予边界条件
– 线圈激励 – 外部边界 – 开放边界 • 实体模型划分网格 • 加补充约束条件（如果有必要） – 周期性边界条件 – 连接不同网格
• 一旦衔铁已选好，选择OK (在选取框内）
1-25
• 选择与已选平面相对应的单元
用“面”
• 选择 OK • 图示衔铁单元
Utility>plot>elements
衔铁单元
1-26
• 使单元与衔铁组件联系起来 Utility>Select>Comp/Assembly>Create Component
• 选择Apply (重复显示和输入) • 建立线圈面
利用TAB 键移动输 入窗口
• 选择 Apply
1-17
• 建立空气面
• 选择 OK 衔铁
到了这步，建立了全部平 面，但它们还没有连接起 来.
线圈
1-18
• 用Overlap迫使全部平面连接在一起 Preprocessor>Operate> Overlap>Areas
基于ANSYS Workbench平台的电机电磁噪声仿真分析
基于ANSYS Workbench平台的电机电磁噪声仿真分析电动机与发电机等电力设备的噪声起因很多，有电磁振动噪声、机械噪声及流致噪声等等，本文通过ANSYS公司的官方案例为操作背景，详细介绍如何将作用在定子上的瞬态电磁力作为结构谐响应分析的载荷计算振动噪声。
1.电磁模型建立与分析如图1所示为一个电机模型，电机的额定输出功率为550W，额定电压为220V，极对数为4，定子齿数为24个，转子的转速为1500rpm，求电磁振动产生的噪声大小。
本算例使用的模块如下：RMxprt模块：建立电机类型；Maxwell模块：2D瞬态电磁场计算；Structural模块：3D谐响应分析计算；Acoustics ACT模块：噪声计算注：Acoustics ACT模块需要单独安装，请用户到官方网站上自行下载。
图1电机模型电机的电路模型如图2所示。
图2电机电路模型1）启动Workbench。
在Windows XP下单击“开始”→“所有程序”→ANSYS15→Workbench 15命令，即可进入Workbench主界面。
2）保存工程文档。
进入Workbench后，单击工具栏中的按钮，将文件保存为“zhendongzaosheng.wbpj”，单击Getting Started窗口右上角的（关闭）按钮将其关闭。
3）双击Toolbox→Analysis System→RMxprt模块建立项目A，如图3所示。
4）双击项目A中的A1栏进如RMxprt电机设置平台，如图4所示。
图3RMxprt模块图4RMxprt平台5）依次选择菜单RMxprt→Machine Type，在弹出的电机类型选择对话框中单击Generic Rotating Machine选项，单击OK按钮，如图5所示。
6）单击Project Manager→RMxprt→Machine选项，在下面出现属性设置对话框中作如下设置：在Source Type栏中选择AC选项；在Structure栏中选择Inner Rotor选项；在Stator Type栏中选择SLOT_AC选项；在Rotor Type栏中选择PM_INTERIOR选项，如图6所示。
电机振动噪音计算
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July 31, 2017
ANSYS UGM 2017
感谢聆听
谐响应分析结果
某点速度幅值随频率变化曲线
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某两个频率下的位移响应结果
ANSYS UGM 2017
谐响应分析结果
映射结构表面速度到空气场
声压及声压级分布
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声压幅值及相位角随频率的变化曲线
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➢ 扫频频响分析 ➢ 提取各位置不同频率
转速下的振动结果 ➢ 确保计算结果网格无
关
➢ 映射流固界面速度结 果
➢ 噪音分析 ➢ 确保计算结果网格无
关
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ANSYS UGM 2017
计算流程
瞬态电磁场谐响应结构振动噪音分析
在Workbench中，从Maxwell到 Mechanical的电磁力 ➢ 可执行时域瞬态分析 ➢ 可进行频域谐波分析
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ANSYS UGM 2017
计算流程
ANSYS Maxwell
电 磁 力
ANSYS Mechanical
振 动 边 界
ANSYS Acoustic
ACT
➢ 环向和切向电磁力计 算
➢ 校核电机运转过程中 电流、扭矩大小结果
➢ 确保计算结果网格无 关
ANSYS UGM 2017
总结
✓ 校核了电流、扭矩大小的实验测试值，精度较好 ✓ 仿真可以准确找出振动较大频率点和及相应的振动较大区域，为结构
ANSYS电磁场分析指南
ANSYS电磁场分析指南（共17章）ANSYS电磁场分析指南第一章磁场分析概述：ANSYS电磁场分析指南第二章2-D静态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第三章２-Ｄ谐波（ＡＣ）磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第四章２-Ｄ瞬态磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第五章３-Ｄ静态磁场分析（标量法）：ANSYS电磁场分析指南第六章３-Ｄ静态磁场分析（棱边元方法）：ANSYS电磁场分析指南第七章３-Ｄ谐波磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第八章３-D瞬态磁场分析（棱边单元法）：ANSYS电磁场分析指南第九章3-D静态、谐波和瞬态分析（节点法）：ANSYS电磁场分析指南第十章高频电磁场分析：ANSYS电磁场分析指南第十一章磁宏：ANSYS电磁场分析指南第十二章远场单元：ANSYS电磁场分析指南第十三章电场分析：ANSYS电磁场分析指南第十四章静电场分析（h方法）：ANSYS电磁场分析指南第十五章静电场分析（P方法）：ANSYS电磁场分析指南第十六章电路分析：ANSYS电磁场分析指南第十七章其它分析选项和求解方法：第一章磁场分析概述1.1磁场分析对象利用ANSYS/Emag或ANSYS/Multiphysics模块中的电磁场分析功能，ANSYS可分析计算下列的设备中的电磁场，如：·电力发电机·磁带及磁盘驱动器·变压器·波导·螺线管传动器·谐振腔·电动机·连接器·磁成像系统·天线辐射·图像显示设备传感器·滤波器·回旋加速器在一般电磁场分析中关心的典型的物理量为：·磁通密度·能量损耗·磁场强度·磁漏·磁力及磁矩·S-参数·阻抗·品质因子Q·电感·回波损耗·涡流·本征频率存在电流、永磁体和外加场都会激励起需要分析的磁场。
ANSYS Maxwell-电机振动噪声多场耦合分析和自动化分析流程
-25.00
-30.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 Time [ms] 25.00 30.00 35.00 40.00
Radial Force on Tooth Tips
50.00
02_DC-6step_IPM
ANSOFT
-0.00
-50.00
Force (Newtons)
注意: ACT Extension 只需要激活一次。
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April 14, 2014
Maxwell 的简单设置
Select Objects
Default Options Advanced Fourier Transform Options
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Agenda
电机噪声综述
电机振动噪声分析流程
新的无缝集成的噪声自动化分析流程
总结
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April 14, 2014
电机噪声介绍
Noise Sources
Magnetic
Radial
Self Auxiliaries Load Induced
Mechanical
Aerodynamic
-100.00
-150.00
Curve Info ExprCache(ToothTipRadial_Full1) ExprCache(ToothTipRadial_2) ExprCache(ToothTipRadial_3) ExprCache(ToothTipRadial_4) ExprCache(ToothTipRadial_5) ExprCache(ToothTipRadial_6)
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电机电磁、震动和噪声分析流程简介
本例将重点展示，如何在ANSYS Workbench平台下，电机的电磁、震动和噪声的 耦合分析流程。 本例以永磁同步电机模型为例。在Maxwell 2D中，利用该电机的1/8模型，计算定 子内表面径向和切向磁拉力；然后在ANSYS Mechanical中进行该电机三维定子的 谐响应分析；最后在ANSYS Mechanical ACT中进行三维声场分析。 在Workbench中，Maxwell中计算的定子内表面径向和切向磁拉时域力密度分布， 作为激励源，耦合到Mechanical 中进行频域的谐响应分析；谐响应分析的结果， 作为激励耦合到ANSYS Mechanical ACT 中，作为噪声分析的激励。 本例目的在于展示电磁场、谐响应以及声场的耦合分析和数据传递流程，描述关 键步骤。如要查看具体操作，可查看ANSYS公司的其他相关培训教程。
ANSYS 中国
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
启动 Maxwell
导入 Maxwell 文件成功后，在 Workbench 的工作区会出现一个Maxwell Design。 启动 Maxwell
双击 Maxwell Design 上的 Maxwell 2D 标签，弹出 Maxwell 2D界面。
Maxwell 分析模型介绍
分析模型为 Prius 电机的二维分析模型。 瞬态分析模型的各项设置已经设置好。 如需要详细了解如何设置电机的瞬态分析模型，请查看其他相关培训文件。
定子铁心
转子 轴
PhaC
磁钢
Maxwell 模型修改
为了精确分析定子齿部的径向电磁力，并将力密度的分布耦合到后续的谐响应分 析中。需要将定子齿部“分割”出来，并施加更细密的网格剖分。
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
几何模型修改 修改选择模式 1. 选择菜单 Edit > Select > Objects ； 2. 或从键盘，点击快捷键 “O” 。 复制定子铁心 1. 用鼠标，在图形窗口点击定子铁心。
2. 点击，菜单 Edit > Copy 3. 点击，菜单 Edit > Paste 4. 在模型列表里面，会多出来一个物体 Stator1。 建一个辅助圆 1. 点击菜单 Draw > Circle ； 2. 在坐标输入区域，输入圆心的坐标点
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
网格剖分
在原有网格剖分的基础上，加密网格剖分 加密定子齿尖网格剖分
按住Ctrl 键，依次选择6个定子齿尖模型 点击菜单Maxwell 2D > Mesh Operations > Assign > OnSelection > Length Based 在弹出的 Element Length Based Refinement 窗口中，
软件要求
本例中的电磁、震动和噪声的耦合分析，需要需要使用Maxwell V2014 、ANSYS Mechanical R15版本。 需要安装ANSYS Workbench ，并且Maxwell、 Mechanical都集成到Workbench 界面中。 需要安装并激活 Acoustics ACT 选项
ANSYS 中国
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
启动ANSYS Workbench
启动Workbench 选择 Windows 开始菜单，点击 All Programes > ANSYS 15.0 > Workbench 15.0
确保Maxwell 2D、Harmonic Response 等求解器，显示在Workbench左侧的窗 口中，如右图。
X:0 ； Y:0 ； Z:0 ；点击回车键确定。 3. 在坐标输入区域，输入半径
dX:84 ； dY:0 ； dZ:0 ；点击回车键确定。 4. 在模型列表里面，会出现新部件 Circle3 。 建立定子齿尖部分模型 1. 按住Ctrl 键，先选择物体Stator1，再选择Circle3 2. 点击菜单， Modeler > Boolean > Intersect 3. 点击 OK 按钮 建立定子背板模型 1. 按住Ctrl 键，先选择物体Stator1，再选择Stator1 2. 点击菜单， Modeler > Boolean > Subtract 3. 在弹出的窗口中，选择Blank Parts:Stator1；Tool Parts: Stator1 4. 选择 Clone tool objects before subtracting: 5. 点击 OK 按钮 修改定子齿尖模型属性 1. 在模型列表选择物体Stator1，右键点击Properties 2. 在弹出的属性窗口中，将 Name 改成 ToothTips 3. 点击菜单 Modeler > Boolean > Separate Bodies
导入Maxwell Project 文件
用户可以在 Workbench 中启动 Maxwell 2D，并新建分析 project；也 可以在Workbench 导入已有的 Maxwell project 文件。本例采用后者。
导入Maxwell 文件 选择 Workbench 菜单 File > Import 将默认的文件类型改为 Maxwell Project File (*.mxwl) 浏览到 Maxwell 文件保存的路径 选择文件 “Ex_MaxwellTransient_ Harmonic _Acoustic.mxwl”，并打开。
1. 将 Name 改成 Length_ToothTips 2. Restrict length of Elements: 3. Maximum Length of Elements: 0.25 mm 4. 点击 OK 改善曲线网格剖分 选中所有的物体（ Ctrl + A） 点击菜单 Maxwell 2D > Mesh Operations > Assign > Surface Approximation 在弹出的 Surface Approximation 窗口中， 1. 将名字改成 SurfApprox_ToothTips 2. 设置 maximum surface deviation (length) 为 0.001 mm 3. 点击 OK