Skip to Main Content

透過 Ansys Motor-CAD 的 NVH 調校分析噪音、振動與粗糙感

三月 20, 2025

1:00 Min

READ ALOUD

Shi-Uk Chung | Ansys 資深應用工程師
motor-banner-rev.png

噪音、振動與粗糙度 (NVH) 是影響電動機設計與性能的關鍵因素。過高的 NVH 會導致產品壽命縮短、維修成本上升,並降低客戶滿意度。在設計初期處理 NVH 問題至關重要,可避免後期出現重大 NVH 問題。

馬達 NVH 分析本質上是一項複雜的多物理問題,結合了電磁與機械分析。這是因為馬達的 NVH 問題通常來自電磁力與結構元件 (例如定子) 之間的交互作用。因此,全面瞭解馬達的電磁與機械特性,對於準確預測其 NVH 表現至關重要。

Ansys Motor-CAD 電動馬達設計工具是專為涵蓋完整轉矩-轉速範圍的電動機進行多物理模擬的專用解決方案。它讓使用者能在單一介面中評估電磁、熱與機械性能。Motor-CAD 軟體中整合的電磁與機械模組可實現快速 NVH 分析,進而促進馬達設計的迭代最佳化。這種方法讓使用者能調整關鍵設計參數,例如繞組配置、轉子與定子的幾何形狀,以及結構材料,並迅速評估它們對 NVH 性能的影響。這項彈性有助於在性能、成本與 NVH 特性之間達成最佳平衡。

為實現快速 NVH 分析,Motor-CAD 軟體使用一種分析型機械模型,將定子的幾何形狀簡化為簡單的環形結構。然而,該模型在剛性計算上有其限制。例如,如圖 1 所示,當齒底較寬時會出現此問題,而齒部幾何形狀會影響定子軛部的剛性。

圖 2 比較了圖 1 所示馬達在未經調校的 Motor-CAD 所得等效輻射功率 (ERP) 與 Ansys Mechanical 結構有限元素分析 (FEA) 軟體所得的結果。Motor-CAD 的分析模型能準確預測由第三階力諧波激發的第零模態 (膨脹模態)。但由於寬齒底會影響定子軛部剛性,因此該模型無法有效預測由第二階力諧波激發的第六模態 (六邊形模態)。第六模態的差異會影響整體 NVH 預測的準確性。

figure-1

圖 1.寬齒底的定子

figure-2-a
figure-2-b

圖 2.Ansys Motor-CAD 與 Ansys Mechanical 軟體之間的 ERP 比較:(上) 由第三階力諧波激發的第零模態,(下) 由第二階力諧波激發的第六模態

圖 3 顯示來自 Mechanical 軟體的模態分析結果,指出第零模態與第六模態分別出現在 4711.7 Hz 與 4456.3 Hz。如圖 3b 所示,第六模態的自然頻率值有顯著差異,而 Motor-CAD NVH 模型可透過調校與 Mechanical 軟體計算出的自然頻率值對齊。

圖 4 說明如何調整模態參數以調校 Motor-CAD NVH 模型。為了對齊第六模態的自然頻率,可使用圖 4b 所示的公式輕鬆計算所需的剛性值,該公式源自自然頻率的定義。

figure-3

圖 3a (左) 與 3b (右)。Mechanical 軟體的模態分析結果:(左) 第零模態,(右) 第六模態

figure-4

圖 4a (左) 與 4b (右)。模態參數調校

輸入新的模態參數後,Motor-CAD NVH 模型會自動完成調校,並在數秒內更新 NVH 分析結果。如圖 5 所示,經調校的模型能更準確地預測 ERP 水準。

figure-5-a
figure-5-b

圖 5a (上) 與 5b (下)。經調校的 Motor-CAD 軟體與 Mechanical 軟體的 ERP 比較:(上) 由第三階力諧波激發的第零模態,(下) 由第二階力諧波激發的第六模態

如圖 6 所示,經調校的 Motor-CAD NVH 模型與 Mechanical 軟體的完整有限元素分析結果高度吻合。

figure-6

圖 6.Motor-CAD 軟體與 Mechanical 軟體之間的 ERP 結果比較

在 Motor-CAD 軟體中進行 NVH 調校相當簡單直觀,只需一次模態分析或測試資料即可調整模態參數。當 NVH 模型完成調校後,我們即可在 Motor-CAD 軟體中執行 NVH 分析,以更深入瞭解全運轉範圍內的噪音特性。這最終將有助於避免重新設計與產品上市延誤,從而在長期節省時間與成本。

立即索取 Motor-CAD 軟體的免費試用版,並觀看下方 Motor-CAD NVH 模型調校的簡短示範影片。


專為您量身打造。我們還有一些您可能會喜歡的資源。

請您一探究竟


shi-uk-chung
資深應用工程師

在 2022 年加入 Ansys 之前,Shi-Uk Chung 是 Milwaukee Tool 的首席工程師,並曾在韓國電氣研究院擔任研究員。他同時也是 IEEE 的資深會員。Shi-Uk Chung 擁有機械設計工程的學士與碩士學位,以及哲學博士學位。

建議

透過 Ansys Motor-CAD 的 NVH 調校分析噪音、振動與粗糙度

透過 Ansys Motor-CAD 的 NVH 調校分析噪音、振動與粗糙度

瞭解為何 Ansys Motor-CAD 電動馬達設計工具是解決設計初期 NVH 挑戰的專用解決方案。

New Adaptive Templates in Ansys Motor-CAD Make Motor Design Faster, Easier, and More Scalable

New Adaptive Templates in Ansys Motor-CAD Make Motor Design Faster, Easier, and More Scalable

Learn how the embedded Python-driven adaptive template capability in the Ansys Motor-CAD solution is a major enhancement for flexibility and innovation.

Accelerating Design Exploration with Ansys optiSLang

Accelerating Design Exploration with Ansys optiSLang

Dive into the exciting episodes of an upcoming webinar series where we explore how optiSLang collaborates with Ansys simulation in different disciplines.

Advantage 部落格

Ansys Advantage 部落格文章具備來自 Ansys 和其他技術專家的見解,讓您隨時掌握 Ansys 模擬如何為推動人類進步的創新注入動能。