ansys电机电磁、振动、噪声多物理域自动化耦合分析

Static Eccentricity
Foundation
Unbalanced Rotor
Audible Frequencies
20 Hz 60 Hz 261.63 Hz
Elliptical Rotor Surface
4.186kHz
5 kHz
20 kHz
ANSYS电磁、结构、噪声分析能力
• 电机振动和噪声的原因有很多. • ANSYS为电机的设计分析提供了非常优秀的工具 和功能:
-20.00
ExprCache(ToothTipTangent_2) ExprCache(ToothTipTangent_3) ExprCache(ToothTipTangent_4) ExprCache(ToothTipTangent_5) ExprCache(ToothTipTangent_6)
Fluid Cooling Phenomena
Electronic
Switching Harmonics
Slot Harmonics Magnetic Unbalance
Stator Rotor Couplings
Modes of Vibration
Bearings
Balancing Dynamic Eccentricity
-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)
-200.00
-250.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 Time [ms] 25.00 30.00 35.00 40.00
转子偏心模型
偏心模型电磁力的参数化分析
• 转子偏心幅度 0%, 25%, 50%
• 多核计算机上同时 求解
• 显示：右边齿尖上 的径向力 • 对径向力进行FFT分 析
Pref = 2e-5 Pa Microphone
交流噪声分析
Pressures
噪声还原
利用噪声声压的Re/Im值 麦克风可以近似为一个线性的转化器， 将声压信号[Pa]转化成电压信号[mV] 将电压信号缩放到可以听到的范围 比较: - 3800Hz的单频信号 - 4400Hz的单频信号 - 多频混合信号 {2400, 3800, 4400, 4800}Hz
谐响应分析
Frequency response at a selected node location of the model.
Helps determine that Max Amplitude (1.7mm) occurs at 8710 Hz on the selected vertex
噪声分析结果
0.5 m
Pres_1 Pres_2 Pres_3 Pressure (Pa)
Prewenku.baidu.comsure vs Freq
Freq(Hz)
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
振动噪声分析流程
EM Force EM Force Mapping 电磁场分析
-100.00
-150.00
Curve Info ExprCache(ToothTipRadial_Full1) ExprCache(ToothTipRadial_2) ExprCache(ToothTipRadial_3) ExprCache(ToothTipRadial_4) ExprCache(ToothTipRadial_5) ExprCache(ToothTipRadial_6)
The user has just to link graphically Maxwell and ANSYS Harmonic. Behind the scene line, we: - Compute the Magnetic fields - Compute the Magnetic Forces - Compute a FFT object per object - Couple 2 different geometries incl. symmetries - Couple 2 mesh topologies - Automatically apply the amplitudes and phases - Get the Harmonic Response
电机电磁、振动、噪声多物理域 自动化耦合分析
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
电机噪声介绍
Noise Sources
Magnetic
Radial
Self Auxiliaries Load Induced
Mechanical
Aerodynamic
15.00
Torque
Basic_Inverter1
Curve Info
TR FEA1.TORQUE
ANSOFT
SAS IP, Inc.
20.00
Currents
Basic_Inverter1
Curve Info
TR TR RphaseA.I RphaseB.I RphaseC.I
ANSOFT
15.00
Magnetic Domain
Mechanical Domain
交流磁场力的耦合
交流结构谐响应分析
定子背板表面的切向变形幅值和相位
交流结构谐响应分析
定子背板表面的径向力幅值和相位
作为噪声仿真的输入源
交流噪声分析
LSPL
2 2 2 prms preal pimag (dB) 10 log 2 10 log p 2 p2 ref ref
电磁、结构两种耦合方式
• 直接力密度耦合
– 电磁力通过Workbench从Maxwell 耦合到Mechanical – 2D边密度和3D面密度 – 用于后续的瞬态结构分析
• 集总力耦合
– 通过Maxwell的 ‘EdgeForceDensity’计算齿尖部 分的电磁力 – 通过手动和APDL设置集中力 – 用于后续的谐响应分析和噪声分析
注意: ACT Extension 只需要激活一次。
Maxwell的简单设置
Select Objects
Default Options Advanced Fourier Transform Options
瞬态力的波形
6 Teeth Forces 200Hz AC Currents
Maxwell与谐响应分析耦合的背后
径向电磁力计算
• 利用气隙磁通密度计算力密度
• Maxwell张力法
– 计算定子上任意一点的力密度 – 计算气隙上某条线上的力密度 – 计算定子齿尖的力密度
• 边的力密度
– Maxwell的默认输出量 – 可以用于计算定子齿尖的集总力
• 自动从Maxwell耦合力密度到ANSYS
Mechanical. (2D-2D, 2D-3D, 3D-3D)
» » » » » 电磁性能分析 电机驱动性能分析 结构分析 通风和散热分析 噪声分析
电机电磁振动噪声分析流程
电磁力计算
ANSYS Maxwell
时域内的集中力计算
频域内的实部力和虚部力
ANSYS Mechanical
谐响应分析
ANSYS Acoustics
声压分析
电机电磁分析
SAS IP, Inc.
Magnetic Field Structural Dynamics
谐响应分析
噪声分析
Acoustic Field
Forces
Displacements
自动化的分析流程
激活噪声计算（ACT）选项
在Workbench页面激活: 1. 选择 “Install Extension …” 选项 2. 打开对话框，选择“*.wbex” 文件 (e.g., ExtAcoustics_150.26.wbex，可以从网上下载) 3. 安装完毕 4. 选择“Manage Extensions …” 选项 5. 激活 ExtAcoustics
12.50
TR
10.00
10.00
5.00
FEA1.TORQUE
7.50
Y1 [A]
20.00 22.50 25.00 27.50 30.00 Time [ms] 32.50 35.00 37.50 40.00
0.00
-5.00
5.00
-10.00
2.50
-15.00
0.00
-20.00 20.00 22.50 25.00 27.50 30.00 Time [ms] 32.50 35.00 37.50 40.00
Maxwell中的力密度
Tangential Force on Tooth Tips
10.00
02_DC-6step_IPM
ANSOFT
5.00
0.00
Force (Newtons)
-5.00
-10.00
-15.00
Curve Info ExprCache(ToothTipTangent_Full1)