白皮书 | Ansys电机NVH仿真解决方案

摘要：本文深入探讨了Ansys解决方案在电动汽车电机噪声、振动与声振粗糙度（NVH）分析与优化中的应用价值。Ansys的集成化技术为理解噪声源、传播路径和声音感知提供综合解决方案，实现电机定子、转子和外壳参数研究，进而改善电动汽车的电气、机械和声学性能。效益包括降低研发成本、支持电动化战略实施。

电机NVH分析的必要性

随着电动汽车在全球范围内的普及，交通电气化的趋势正在推动动力系统和推进装置领域的发展。作为电动汽车的关键组成部分，高效的电机优化设计直接关系到NVH性能。相较于传统内燃机汽车，电动汽车通过主动减噪技术，实现快速的噪声和振动降低。然而，电机作为源动力设备，其所产生的电磁噪声对乘客体验产生明显影响，进而引发乘坐不适感。

Ansys 的电机 NVH 解析技术

Ansys 解决方案通过全功能的仿真分析，为电机NVH性能的精准评估铺平道路。其中，Ansys Maxwell 用于电机的电磁仿真设计，大幅缩短原型开发周期，减少物理样机投入，加速创新进程。同时，Ansys Mechanical 则从结构动态响应角度出发，预测电磁力引起的电机振动与噪声，以电磁、声学数据预测听觉感知并评估NVH性能。




针对电机 NVH 解析流程分为四个步骤：


1. 首先，基于电机性能关键参数（如径向力、切向力、和轴向力等）进行电磁仿真。


2. 其次，系统地分析结构响应，将电磁力耦合到电机外壳中。


3. 然后，通过仿真生成辐射振动噪声的结果信息。

4. 最后，将声学仿真获取的数据转化为可听见的音频文件，实现电机噪声的可视化和感知评估。Ansys VRXPERIENCE Sound 工具在此环节发挥关键作用，通过合成音频和分析声音特性，优化电机NVH性能和聆听体验。

解决电机电磁噪声挑战

电机NVH问题的核心在于电磁力导致的啸叫噪声：Ansys Maxwell 详尽分析电机在不同转速条件下的电磁力计算，包括气隙磁密、极数、槽数、绕组布置等参数对力驱动噪声的具体贡献。通过Maxwell的产品特性，实现电机模型的快速建模、电磁力的准确计算（基于物体或单元），以及故障状况验证。

优化设计与电机NVD降低

电气和机械工程师利用Ansys NVH 解决方案精确调整设计，旨在降低NVH并实现仿真预测的听觉效果。此流程涉及电机结构参数优化、系统配置调整及物理特性的高效迭代。Ansys Maxwell、Mechanical、VRXPERIENCE Sound三者联合应用，形成多物理场分析，提供电机在不同速度条件下的NVH性能评估。

电机 NVH 情境分析案例

以永磁电机为例，通过比较使用定子槽楔与不使用槽楔设计的声学模型，发现结构优化后产生的谐振频率远离主音调频段，有效改善了对听者的听觉影响，由此验证了设计修改对NVH性能的优化效果。

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