Ansys电机电磁震动和噪声分析流程

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。

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。

AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析最小网站长：kingstudio最小网Ansys 教程频道为您打造最IN 的教程/1．谐响应分析简介任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。

谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。

分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。

从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。

该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。

（见图1）。

谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。

谐响应分析是一种线性分析。

任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。

分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题。

谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。

谐响应分析的定义与应用介绍：/ArticleContent.asp?ID=7852. 工程背景在长距离振动输送机、概率振动筛等变载荷振动机械中，由于载荷的变化幅度较大，且多为冲击或交变载荷，使得作为动力源与振动源的振动电机寿命大为缩短，其中振动电机阶梯轴的弹塑性变形又会中速振动电机的失效，故研究振动电机轴的谐响应，进而合理设计其尺寸与结构，是角决振动电机在此类场合过早失效的主要途径之一。

现以某型振动电机阶梯轴为分对象，振动电机属于将动帮源与振动源合为一体的电动施转式激振源，在振动电机轴两端分别装有两个偏心块，工作时电机轴还动两偏心块作顺转无能无力产生周期性激振力t sin F F 1ω=，其中为施加载荷，由些电机轴受到偏心块施加的变载荷冲击，极易产生变形和疲劳损坏，更严重者，当激振力的频率与阶梯轴的固有频率相等时，就会发生共振，造成电机严重破坏，故对电机进行谐应力分析很必要。

基于ANSYS平台的电机NVH仿真分析流程1前言电机NVH是指电机在运行过程中对外表现出的噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness），其主要包括三个来源，即电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声，在这三类噪声中，电磁噪声的频率相对来说处于高频段，尤其是与驱动器开关频率相关的电磁噪声的频率刚好处于人耳最敏感的噪声频率区间，其幅值基本上决定了电机NVH的整体指标，同时相较于其他两类噪声，电磁噪声更容易通过电机电磁和机械结构的优化设计进行有效的抑制，因此电机电磁振动噪声是我们重点关注的对象。

由于电机NVH问题的相关理论复杂，同时涉及电磁/结构/声学多学科，是典型的多物理场耦合问题，其仿真分析具有一定难度。

在ANSYS2019中，利用Maxwell2D/3D快速仿真电机在多转速下定、转子表面的频域电磁力并无缝链接到Workbench平台HarmonicResponse模块进行多转速谐响应分析，得到电机的ERP Level Waterfall图，用于分析电机在各转速下的谐振情况；同时多转速谐响应分析结果也可传递到Harmonic Acoustics模块进行Sound Power Level Waterfall的分析，用于进一步对电机噪声水平进行评估。

另外，借助于多目标优化模块可对包括电机NVH在内的各项性能指标进行参数化寻优，快速实现产品迭代创新。

本文以典型的8极48槽内置式永磁电机为例，详细介绍在ANSYS平台下电机NVH 仿真分析的流程，希望对各位工程师有所帮助。

2Maxwell电机参数化模型的建立本文虚构了一台典型的IPM电机方案，采用8极48槽，V字型磁钢，单层整距绕组，转子轴向分4段V型斜极，其他参数见表1。

表1电机参数极数8转子外径148.6mm槽数48转子内径80mm磁极类型V转子分段数4定子外径230mm绕组形式单层定子内径150mm跨距6铁心叠长100mm线圈匝数8Maxwell软件具有多种参数化建模方法，我们推荐采用软件内置UDP(User Defined Primitives)或自定义UDP的方式来建模，Maxwell内置了大量UDP模型，涵盖了各种常规电机的定、转子、绕组、机壳的模型，调用方法为Draw>User Defined Primitive>RMxprt，UDP模型中的所有几何尺寸皆可用变量进行定义以实现参数化。

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。

基于ANSYS Maxwell的电机多目标优化分析1前言电机设计是一个比较复杂的问题，不能仅仅考虑单个指标，而是要考虑一组设计指标，包括效率、成本、转矩、振动、温升、控制等。

这些指标经常相互矛盾、相互掣肘，例如性能与成本、效率与脉动、空载性能与负载性能、电磁性能与振动噪声性能等。

这时候，我们需要用到一些数学上的优化算法来求取最优解，事实上当优化目标比较多的时候，一个绝对的最优解并不存在的，往往是一个指标变好，另一个指标可能会变差。

我们通过优化方法得到的优化解，往往不是一个点，是一组解，也称为Pareto最优解，而这个过程也称为多目标优化。

优化分析是数学方法，必须要基于精确的电机分析技术才有意义，否则优化分析只能是空中楼阁，中看不中用。

而幸运的是随着计算机技术和有限元的发展，电机分析和设计的方法由最初的经验设计、路算法分析，发展到基于有限元的电磁场、温度场和结构场分析，一直到现在的多物理场耦合分析，电机分析的精度和速度都大大提高，这给电机的多目标优化分析提供了基础。

一个完整的有工程意义的电机多目标优化流程，必须具备以下几个条件。

(1)输入模型的参数化，包括几何尺寸、温度、激励等(2)输出变量的参数化，转矩、效率、谐波分量、成本、噪声等(3)分析流程的全自动化，如果优化过程涉及到多个分析模型、甚至是多个不同物理域的模型，他们之间的数据传递必须能够无缝连接，而且能够全自动完成(4)求解器要能够支持多任务并行计算，多目标优化可能需要计算成百上千种方案，多任务并行计算能有效的加快分析进度(5)需要有一个高效的优化工具，支持遗传、粒子群等多目标优化算法2基于ANSYS Maxwell的多目标优化方法介绍以上提及的多目标优化的各种条件，ANSYS都能够很好的满足。

ANSYS提供基于Workbench的多物理场优化平台，计算精度早已得到验证，ANSYS产品也嵌入了多种不同层次的优化器，可以根据需要，便捷的实现多目标优化分析。

ANSYS分析电磁流程问题及实例分析专业：通信工程姓名：陈开指导教师：程银琴摘要本文根据ANSYS软件的特性，详细分析了电磁流程问题的处理过程，以及与理论和实际应用密切相联系，分析电磁流程中不易掌握的问题。

通过实例分析重点讨论了应用ANSYS 软件对高频电磁场分析所涉及的有限元分析和电磁场等方面的基本理论,叙述分析电磁场进行参数设置的具体问题和要求,研究了ANSYS在高频电磁场问题中关于同轴波导的详细分析步骤及为了保证计算结果的准确性所必须注意的事项。

在实例中，主要分析对电场和磁场在频率或模型角度大小的参数为变量的情况，电场和磁场随着变量的变化过程，还有S参数的变化。

借助实例分析加深对ANSYS的认识和对电磁场特性的了解。

关键词ANSYS，高频电磁场，S参数，同轴传输线，场分布ABSTRACTThe paper is based on the features of ANSYS software, Analyzed the detailed problem of electromagnetic flow, and closely related to theoreticcal and practical applications and analyzed some difficult issues. The paper’s example of High-frequency electromagnetic fields aims at finite element analysis and electromagnetic field , it’s about described the specific request and practical meanings of parameter setting. The main study about solve and keep the correct result that coaxial cable of High-frequency electromagnetic fields of ANSYS. In the case , analyzed mainly about a parameter is changed with frequency and model size of electric and magnetic fields, and a parameters of S. With the help of case, it can make deep comprehension and grasp the features of Electromagnetic field.Key Words：ANSYS, High-frequency electromagnetic field, S- Parameters目录0引言 (1)1 ANSYS 在高频电磁场分析中用到的主要单元和电磁宏 (2)2 高频电磁场谐波分析的步骤 (4)2.1 建立物理环境 (4)2.1.1设置GUI菜单过滤，定义分析标题 (5)2.1.2定义单元类型和实常数 (6)2.1.3定义单元坐标系，说明分析计算使用的单位制及材料特性 (7)2.2 建立模型、定义材料特性、划分网格、加边界条件和载荷（激励） (8)2.2.1 定义模型各部分的特性 (9)2.2.2 划分网格 (9)2.2.3 加载边界条件和载荷（激励） (10)2.3 求解高频谐波分析 (12)2.3.1定义分析类型 (14)2.3.2定义分析选项和设置分辨率 (14)2.3.3 备份数据库和求解 (15)2.4结果查看 (16)3 同轴导波实例分析 (16)3.1 频率变化时的情况 (17)3.2角度变化的情况 (21)3.3 尺寸变化的情况 (23)3.3.1纵向长度的变化 (23)3.3.2 半径长度的变化 (25)3.4 磁导率和介电常数的变化情况 (28)3.5两个典型的模型 (32)4 结束语 (33)5 参考文献 (34)0引言ANSYS软件由ANSYS公司研发的大型通用有限元分析软件，具有单线性静态分析和复杂非线性动态分析多种分析能力[1], 从70年代诞生到今天,经过不断吸取计算方法和计算机技术的最新进展,将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合,已经能够成为紧跟计算机软硬件水平发展的最新型、用户界面友好、功能丰富、使用高效的有限元软件系统。

ANSYS电机磁场分析ANSYS电机磁场分析是一种利用计算机仿真技术来模拟和分析电机磁场行为的方法。

它可以帮助工程师更准确地预测电机的性能和行为，优化设计，节省成本和时间。

在本文中，我们将详细介绍ANSYS电机磁场分析的原理、应用和优势。

首先，让我们来了解一下ANSYS电机磁场分析的原理。

ANSYS电机磁场分析是基于有限元法的磁场仿真技术，它通过将电机模型划分为许多小单元来离散化计算域，并根据麦克斯韦方程组（包括安培定律和法拉第电磁感应定律）建立电场和磁场方程。

然后使用数值计算方法，如有限差分法、有限元法或边界元法，求解这些方程，得到电磁场的分布情况。

ANSYS电机磁场分析的应用非常广泛，适用于各种类型的电机，包括直流电机、交流电机和无刷直流电机。

它可以用于预测电机的输出功率、扭矩、效率和温度等性能指标，也可以用于优化电机的设计参数，如绕组形状、磁路结构和冷却系统等。

此外，ANSYS电机磁场分析还可以用于故障诊断和故障检测，通过观察电磁场的异常变化来判断电机是否存在故障。

与传统的试验方法相比，ANSYS电机磁场分析具有许多优势。

首先，它可以提供高精度的结果，尤其在复杂几何形状和非线性材料的情况下。

其次，它可以快速计算出电机的性能参数，避免了繁琐的试验过程和高昂的试验成本。

此外，ANSYS电机磁场分析还可以帮助工程师更好地理解电机的工作原理和内部结构，为电机的优化设计提供参考。

在进行ANSYS电机磁场分析时，需要考虑一些关键因素。

首先是边界条件的设置，包括电机的输入电压、电流密度和绝缘材料等。

其次是材料特性的输入，如导磁率、电导率和磁饱和特性等。

此外，还需要准确地建立电机的几何模型，并设置合适的网格划分和求解参数，以保证计算的准确性和效率。

总而言之，ANSYS电机磁场分析是一种强大的工具，可以帮助工程师更好地理解和优化电机的性能。

它可以提供高精度的结果，快速计算各种性能指标，并帮助诊断和检测电机故障。

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。

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。

最小网原创教程——AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析 AnsysWorkBench11.0振动电机轴谐响应分析 最小网站长：kingstudio最小网Ansys 教程频道为您打造最IN 的教程/1．谐响应分析简介任何持续的周期载荷将在结构系统中产生持续的周期响应（谐响应）。

谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦（简谐）规律变化的载荷时的稳态响应的一种技术。

分析的目的是计算出结构在几种频率下的响应并得到一些响应值（通常是位移）对频率的曲线。

从这些曲线上可以找到“峰值”响应，并进一步观察峰值频率对应的应力。

该技术只计算结构的稳态受迫振动，而不考虑发生在激励开始时的瞬态振动。

（见图1）。

谐响应分析使设计人员能预测结构的持续动力特性，从而使设计人员能够验证其设计能否成功地克服共振、疲劳，及其它受迫振动引起的有害效果。

谐响应分析是一种线性分析。

任何非线性特性，如塑性和接触（间隙）单元，即使定义了也将被忽略。

分析中可以包含非对称系统矩阵，如分析在流体─结构相互作用中问题。

谐响应分析也可以分析有预应力结构，如小提琴的弦（假定简谐应力比预加的拉伸应力小得多）。

谐响应分析的定义与应用介绍：/ArticleContent.asp?ID=7852. 工程背景在长距离振动输送机、概率振动筛等变载荷振动机械中，由于载荷的变化幅度较大，且多为冲击或交变载荷，使得作为动力源与振动源的振动电机寿命大为缩短，其中振动电机阶梯轴的弹塑性变形又会中速振动电机的失效，故研究振动电机轴的谐响应，进而合理设计其尺寸与结构，是角决振动电机在此类场合过早失效的主要途径之一。

现以某型振动电机阶梯轴为分对象，振动电机属于将动帮源与振动源合为一体的电动施转式激振源，在振动电机轴两端分别装有两个偏心块，工作时电机轴还动两偏心块作顺转无能无力产生周期性激振力t sin F F 1ω=，其中为施加载荷，由些电机轴受到偏心块施加的变载荷冲击，极易产生变形和疲劳损坏，更严重者，当激振力的频率与阶梯轴的固有频率相等时，就会发生共振，造成电机严重破坏，故对电机进行谐应力分析很必要。