Ansys 电机电磁、震动和噪声分析流程ppt课件
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• 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
Phase C Phase B
Phase A Phase C
磁钢
• Maxwell 模型修改
• 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
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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。
• 启动 ANSYS Harmonic response
•双击谐响应分析中的 Model 标签（B4） •在弹出的谐响应分析界面中，会自动出现一个用于 Maxwell 数据耦合的标签。
• ANSYS Harmonic response 单位设置
•点击菜单 Units > Metric (mm, kg, N, s, mV, mA)
• 激活Acoustics ACT选项 •点击 Workbench 菜单Extensions > Manage Extensions •在弹出的 Manage Extensions 对话框中，选中 ExtAcoustics前面的单选框
• 激活 Beta 选项
• 激活Beta选项 •点击 Workbench 菜单Tools -> Options -> Appearance •选中Beta Option前的单选框
• 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
ToothTips • 选中Apply Geometry Items of Same 下面的 Size 单选框 • 此时，应该定义了一个名为ToothTips 的 Named Selection，它包含定子的
48个内表面
• 创建固定用孔的Named Selection “Bolts” • 方法与上一步类似
• 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。
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
• 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
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 创建 Named Selection
• 为了便于选择操作，预先定义几个Named Selection • 创建定子内表面 Named Selection “ToothTip”
• 将选择模式切换到面，在图形窗口用鼠标选择任意一个定子齿的内表面 • 右键点击 Create Named Selection • 在弹出的 Selection Name 对话框中，输入Named Selection的名字为
• 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 。
Based • 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 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
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 建立谐响应分析系统
• 新建谐响应分析 • 在 Workbench 的 Analysis System 窗口中，选择Harmonic response。并将Harmonic
response 拖拽到Project Schematic 窗口中 Maxwell 的右边。
w 导入Maxwell Project 文件
w 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。
电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 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。
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
w 启动ANSYS Workbench
w 启动Workbench w 选择 Windows 开始菜单，点击 All Programes > ANSYS 15.0 > Workbench 15.0
w 确保Maxwell 2D、Harmonic Response 等求解器，显示在Workbench左侧的窗 口中，如右图。
• 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。
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 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
• 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).
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 模型Validation检验
• 检验 Maxwell 模型 • 点击菜单 Maxwell 2D >Validation Check • 点击 Close 按钮 •Note：在信息窗口中，参看错误和警告信息；如有错误信息，需按照提 示修正错误。
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 安装并激活Acoustics ACT选项
• 在Workbench主界面下，安装噪声计算插件Acoustics ACT。主要该插件只需要安装一 次，若以前安装过，则可以跳过本步骤。 •点击 Workbench 菜单Extensions > Install Extension •在弹出的对话框中，选择 ”*.wbex” 文件(例如， ExtAcoustics_150.26.wbex)。 •安装插件
•Maxwell 求解
• Maxwell求解 • 点击菜单 Maxwell 2D > Analyze All
•查看 Maxwell 仿真结果
• 关闭 Maxwell
• 关闭 Maxwell 界面 • 点击菜单File > Close Desktop
• 保存 Workbench Project
• 保存 Workbench Project • 返回到 Workbench 主界面中 • 选择菜单 File > Save • 保存为文件名 “Ex_MaxwellTransient_ Harmonic _Acoustic.wbpj”
• 用鼠标连接 Maxwell 2D的下的 Solution（A4）与 Harmonic response 下的Setup （B5）
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• Update Project
•右键选择 Maxwell2D 下面的 Solution 标签 (A4) ，然后点击update
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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
• 导入谐响应分析几何模型
• 导入谐响应分析几何模型 • 右键点击 Harmonic response 分析上的 Geometry（B3）， 选择Import Geometry >
Browse ， 选择培训用文件 “stator.x_t”。
• 链接 Maxwell 与 Harmonic response
• 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
Phase C Phase B
Phase A Phase C
磁钢
• Maxwell 模型修改
• 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
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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。
• 启动 ANSYS Harmonic response
•双击谐响应分析中的 Model 标签（B4） •在弹出的谐响应分析界面中，会自动出现一个用于 Maxwell 数据耦合的标签。
• ANSYS Harmonic response 单位设置
•点击菜单 Units > Metric (mm, kg, N, s, mV, mA)
• 激活Acoustics ACT选项 •点击 Workbench 菜单Extensions > Manage Extensions •在弹出的 Manage Extensions 对话框中，选中 ExtAcoustics前面的单选框
• 激活 Beta 选项
• 激活Beta选项 •点击 Workbench 菜单Tools -> Options -> Appearance •选中Beta Option前的单选框
• 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
ToothTips • 选中Apply Geometry Items of Same 下面的 Size 单选框 • 此时，应该定义了一个名为ToothTips 的 Named Selection，它包含定子的
48个内表面
• 创建固定用孔的Named Selection “Bolts” • 方法与上一步类似
• 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。
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
• 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
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 创建 Named Selection
• 为了便于选择操作，预先定义几个Named Selection • 创建定子内表面 Named Selection “ToothTip”
• 将选择模式切换到面，在图形窗口用鼠标选择任意一个定子齿的内表面 • 右键点击 Create Named Selection • 在弹出的 Selection Name 对话框中，输入Named Selection的名字为
• 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 。
Based • 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 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
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 建立谐响应分析系统
• 新建谐响应分析 • 在 Workbench 的 Analysis System 窗口中，选择Harmonic response。并将Harmonic
response 拖拽到Project Schematic 窗口中 Maxwell 的右边。
w 导入Maxwell Project 文件
w 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。
电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 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。
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
w 启动ANSYS Workbench
w 启动Workbench w 选择 Windows 开始菜单，点击 All Programes > ANSYS 15.0 > Workbench 15.0
w 确保Maxwell 2D、Harmonic Response 等求解器，显示在Workbench左侧的窗 口中，如右图。
• 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。
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 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
• 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).
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 模型Validation检验
• 检验 Maxwell 模型 • 点击菜单 Maxwell 2D >Validation Check • 点击 Close 按钮 •Note：在信息窗口中，参看错误和警告信息；如有错误信息，需按照提 示修正错误。
Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱSYS 中国
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电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• 安装并激活Acoustics ACT选项
• 在Workbench主界面下，安装噪声计算插件Acoustics ACT。主要该插件只需要安装一 次，若以前安装过，则可以跳过本步骤。 •点击 Workbench 菜单Extensions > Install Extension •在弹出的对话框中，选择 ”*.wbex” 文件(例如， ExtAcoustics_150.26.wbex)。 •安装插件
•Maxwell 求解
• Maxwell求解 • 点击菜单 Maxwell 2D > Analyze All
•查看 Maxwell 仿真结果
• 关闭 Maxwell
• 关闭 Maxwell 界面 • 点击菜单File > Close Desktop
• 保存 Workbench Project
• 保存 Workbench Project • 返回到 Workbench 主界面中 • 选择菜单 File > Save • 保存为文件名 “Ex_MaxwellTransient_ Harmonic _Acoustic.wbpj”
• 用鼠标连接 Maxwell 2D的下的 Solution（A4）与 Harmonic response 下的Setup （B5）
ANSYS 中国
9
电机电磁、震动和噪声耦合分析流程
• Update Project
•右键选择 Maxwell2D 下面的 Solution 标签 (A4) ，然后点击update
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4
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
• 导入谐响应分析几何模型
• 导入谐响应分析几何模型 • 右键点击 Harmonic response 分析上的 Geometry（B3）， 选择Import Geometry >
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• 链接 Maxwell 与 Harmonic response