基于ANSYS的电动机风扇声场仿真分析

ANSYS模态分析在电机声学中的应用赵海霞[尼得科电机（青岛）有限公司，266300][ 摘要] 电机的动态特性研究是解决电机噪声和振动的重要手段，本文运用ANSYS软件分析了电机装配工艺对电机振动和噪声的影响，分别对正常装配和异常装配后的电机进行了模态计算，得到了频段1000Hz-3000Hz 的各阶振型，并比较两种结果的差异，从而找出了电机产生噪声的主要原因。

由于电机噪声的复杂性和不同声源的相互干扰，仅通过噪声测试的频谱是很难判断具体原因，有限元模态分析为解决电机振动和噪声提供了一种有效的理论方法。

[ 关键词]电机，噪声与振动，模态分析。

Application of ANSYS modal analysis in motor soundHaixia Zhao[Nidec motor (Qingdao) corporation,266300][ Abstract ] The research of motor dynamic characteristic is the important method to solve motor sound and vibration, the paper analyzed the effect of motor assembled process to motor sound andvibration, the modal analysis are established for both assembled process conditions (normaland abnormal) by ANSYS software, and the main cause of the motor noise are found byFEA simulated result. Because of the complexity and the interference of kinds of soundsource, it is difficult to judge the specific reasons only by sound and vibration test spectrum,the modal calculate and analysis provide the effective method to solve motor sound andvibration.[ Keyword ] motor, sound and Vibration, modal analysis1前言电机的故障会引起很多异常噪声，这些噪声将影响环境及人类生活的舒适性。

基于ANSYS仿真的新型风力发电机气动设计近年来，随着环保意识的不断增强，风力发电逐渐成为可再生能源领域的热门话题之一。

而在风力发电系统中，风力发电机是不可或缺的组成部分之一。

而随着科学技术的不断进步，人们对于风力发电机的要求也越来越高。

于是，新型风力发电机的设计和研发逐渐成为了科技领域内的热点之一。

而在风力发电机的设计中，气动设计也是一个非常重要的环节。

因为气动设计的好坏直接关系到风力发电机的性能和效率。

在气动设计中，使用ANSYS仿真技术也成为了一种非常便捷有效的工具，可以在相对较短的时间内得到一个比较不错的设计方案。

接下来，将从ANSYS仿真的角度出发，对于新型风力发电机的气动设计进行分析和探讨。

首先，对于新型风力发电机的设计，需要进行一定的气动参数的分析。

这个过程主要是通过ANSYS仿真来完成的。

通过对于气动参数进行分析，可以初步了解风力发电机所需要的气动参数。

在进行分析时，需要注意的是，对于风力发电机的结构参数需要进行区分，从而得到在不同条件下的设计优化方案。

接下来，需要对于风力发电机的流场进行仿真分析。

在风力发电机的气动设计中，流场仿真的作用是非常重要的。

通过流场分析，可以直观的看到风力发电机在不同条件下的流场分布情况。

这一点非常重要，因为通过流场分析，可以明确的了解环境对于风力发电机的影响，从而在设计的过程中作出相应的优化和改进，使得风力发电机的性能和效率得到最大化的提升。

同时，在流场仿真的过程中，也需要考虑风力发电机与周围空气的流动的影响。

因为在现实生活中，风力发电机往往会受到各种复杂的环境因素的影响，如风速、地形、气流的不稳定性等等，因此在流场仿真的过程中，需要考虑这些影响因素，从而得出更为准确的仿真结果。

最后，还需要通过ANSYS仿真来对于风力发电机的性能和效率进行评估。

这一点也非常重要，因为对于风力发电机的开发过程中，性能和效率是一个非常关键的问题。

在风力发电机的设计中，设计者们不仅仅要考虑到风力发电机的制作成本，同时还要考虑到风力发电机的使用成本，即运行维护费用。

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。

2020.15科学技术创新 进口区进口区冷却风扇整流栅出口区为了研究某新能源装载机冷却系统的换热性能，需要获得正确的冷却系统散热模块中的冷却风扇性能。

目前多用前处理软件Gambit 对模型进行网格划分与边界设置，随后保存数据导入Fluent 软件进行仿真计算和后处理。

经过Gambit 处理后保存的数据在导入Fluent 中容易出现数据丢失等问题，且出现网格质量等错误时不易更改，操作十分不便。

为了解决上述的问题，本文采用功能强大的Ansys workbench15.0工作台，将虚拟风道模型的网格划分、CFD 模拟、后处理集中，避免因软件的相互转换所带来的问题。

1风扇模型建立及网格划分1.1以新能源装载机配置的冷却风扇为对象，对其进行三维建模，并将其置于虚拟风道中进行数值模拟。

风扇三维模型如图1，部分参数见表1。

表1风扇参数表图1风扇模型根据文献[1]对风洞的要求，选取D 型风道，建立虚拟风道三维模型，结构如图2所示。

虚拟风道分为进口区、出口区、冷却风扇区、旋转域区、整流栅区。

其风道截面为风扇当量直径，进口区风道长度为4倍的风扇当量直径，出口区风道长度为6倍的风扇当量直径，按照标准需在距离出口区风道2至4倍风扇当量直径处布置整流栅[2-4]。

图2虚拟风道模型1.2在CFD 模拟中，划分后的网格质量直接决定着计算结果的精度和收敛速度。

对于冷却风扇而言，应采用适合曲率变化大的非结构性网格。

冷却风扇区及旋转域采用四面体网格，网格划分方法设置为Tetrahedrons ，生成网格形式为Path Independent ，如图3。

进口区、出口区及整流栅采用正六面体网格，网格划分方法设置为Hex Dominant Method ，生成网格形式为Use Global Setting ，自由面网格类型为All Quad 。

对冷却风扇扇叶附近区域及旋转域进行网格加密，如图4。

图3风扇区网格图4虚拟风道网格2求解设置与仿真结果2.1在workbench 的fluent 中设置为压力为基础的稳态求解器；空气视为不可压缩介质；压力进口、压力出口；湍流模型选择k-ε标准模型，湍流强度为默认值5%，水力直径为风扇当量直径；对冷却风扇及旋转域采用多重参考系法（MRF ），冷却风扇相对于旋转域静止，即设置旋转域转速与风扇转速一致，为2100rpm ；各区域均设置为流体区域，流动介质为空气；耦合方程采用SIMPLE 算法；为了更快收敛，湍流耗散率、动量及压力等参数均采用二阶迎风式离散；设置监测面，监测项为风量，监测项残差数值小于1.0×10-6可定为收敛。

基于ANSYS的风扇设计与优化一、引言风扇是一种常见的动力工具，广泛应用于家用电器、车辆、建筑等领域。

良好的风扇设计和优化可以提高工作效率和节能性能，为各行各业带来巨大的经济和环境收益。

本文将介绍基于ANSYS的风扇设计与优化的方法和实践，力图提供一个全面的指导。

二、风扇设计的基本原理1.风扇的工作理论风扇是通过旋转叶片产生气流，利用气流的动能对周围空气进行运动的装置。

其工作原理是将旋转动能转化为风速和压力。

风扇的关键参数包括风量、风速和静压。

2.风扇的主要构件风扇由电机、叶轮和外壳组成。

电机提供动力，叶轮是产生气流的关键部分，外壳起到引导气流的作用。

三、基于ANSYS的风扇设计与优化实践1.建立风扇模型首先，在ANSYS软件中，我们需要建立一个风扇的三维模型。

可以使用CAD 模型导入、参数化建模等方法。

接下来，通过划分网格，提高模型的精度和计算效率。

2.流体动力学模拟在建立了风扇模型后，通过ANSYS的流体动力学（CFD）模块进行模拟分析。

CFD模块可以模拟风扇在不同工况下的气流特性，如风速、风量和静压等。

通过调整叶片的形状和数量，可以改变风扇的气流性能。

3.模拟结果分析根据CFD模拟的结果，可以对风扇的气流性能进行评估和分析。

比如，可以通过观察叶轮上的压力分布、流线图和速度云图等来判断风扇的工作效果。

同时，也可以对比不同设计方案的性能差异，选择最佳的风扇设计方案。

4.优化设计根据模拟结果的分析，我们可以进一步优化风扇的设计。

比如，可以通过调整叶片的形状和数量来改变风扇的工作效率和噪声水平。

还可以通过优化叶轮和外壳之间的匹配关系，减少内部的漏风和压力损失。

5.验证与改进进行优化设计后，需要对改进后的风扇进行验证。

可以通过建立物理原型并进行实验测试来验证CFD模拟的准确性。

如果实验结果与模拟结果一致，说明优化设计是可行的。

如果存在差异，则需要对模型进行进一步改进和优化。

四、风扇设计与优化的挑战与展望1.挑战风扇设计与优化面临着诸多挑战。

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。

基于ANSYS的电气设备仿真分析研究电气设备仿真分析是目前一个比较热门的研究领域，也是一个十分重要的研究方向。

电气设备仿真分析是利用计算机对电气设备的工作原理和性能进行模拟和仿真的一种技术。

在实际的工程应用中，电气设备仿真分析可以为电气工程设计提供很好的帮助，在产品开发、设计方案确定、产品性能评估等方面均具有很大的优势。

目前，针对电气设备仿真分析，市场上出现了很多种仿真软件，如ANSYS、PSCAD、SIMULINK、E-TAP等。

其中，ANSYS是领先的多物理场有限元分析软件，可以对多种复杂的电气问题进行分析和求解。

首先，我们来了解一下ANSYS的基本原理和模型。

ANSYS是一种有限元分析软件，它的基本原理是利用数学方法求解复杂的工程问题。

ANSYS使用有限元法（FEM）来分析设计。

它将需要分析的物理系统划分成成千上万个小的元素，并通过对这些元素进行数学建模和运算来计算整个系统的行为。

ANSYS通过在不同类型的元素上施加不同的约束和激励来模拟实际环境中的载荷和力。

接下来，我们再看看ANSYS在电气设备仿真分析中的应用。

电气设备仿真分析是ANSYS的重要应用领域之一。

ANSYS可以对电力系统和电力设备进行建模和仿真，包括变压器、电机、电缆、开关、继电器、柜体等。

在ANSYS中，可以使用多种工具进行电气仿真，如磁场仿真、电场仿真、热仿真等。

这些仿真可以帮助工程师更快速准确地设计、分析和验证电力系统的各种元件。

以电机仿真为例，ANSYS可以对电机进行磁场仿真和电场仿真。

其中，磁场仿真可以用于分析电机中的线圈、磁铁和铁芯之间产生的交变磁场和涡流损耗等问题。

而电场仿真可以用于分析电机中导体的电流分布、电势分布和电场强度等问题。

另外，在电气设备的设计和研发过程中，ANSYS还可以进行多种多物理场的耦合仿真。

例如，在电气设备的设计和研发过程中，需要对设备进行机械和电热方面的仿真分析。

ANSYS的耦合仿真功能可以将机械、电磁和热力学仿真成果结合起来，同时考虑多个物理因素的相互作用，从而更加准确地预测设备在实际工作环境下的性能。