1.目的

如何在電機(jī)設(shè)計(jì)早期方便快速查看電機(jī)的振動(dòng)及噪聲水平，以及如何盡早對(duì)電機(jī)控制策略干預(yù)從而優(yōu)化電機(jī)的NVH？Simcenter Amesim 2304新發(fā)布的e-Niose App可以完美解決此問(wèn)題。

下述demo展示了在Simcenter Amesim v2304 e-Noise App中使用Leaf電機(jī)的噪聲和振動(dòng)分析示例。它解釋了基于Simcenter Motorsolve v2021.2 或 v2022.1設(shè)置此分析的過(guò)程。它突出了電機(jī)噪聲和振動(dòng)應(yīng)用程序的振動(dòng)和聲學(xué)后處理功能。

軟件help：EV_TorsionalVibrationAnalysis_NissanLeafTestBench.ame

2.分析步驟綜述

使用e-Noise App評(píng)估NVH響應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)流程如下圖1所示：

圖 1：PMSM e-Noise App設(shè)置過(guò)程

**2.1 Motorsolve: **

1)從Motorsolve PMSM設(shè)計(jì)開始，在這里將空間諧波降階模型導(dǎo)出到Amesim。

2)從相同的Motorsolve同步電機(jī)設(shè)計(jì)中，將氣隙中的徑向和切向磁場(chǎng)導(dǎo)出為.mat 文件。

2.2 Amesim :

3)使用電機(jī)求解降階模型設(shè)置電驅(qū)動(dòng)參數(shù)。

4)針對(duì)所需的荷載工況運(yùn)行仿真。

2.3 e-Noise App:

5)啟動(dòng)e-Noise App。

6)選擇電機(jī)別名以將應(yīng)用鏈接到電機(jī)組件。

7)將氣隙磁場(chǎng)數(shù)據(jù)文件加載到應(yīng)用程序中。

8)定義電機(jī)參數(shù)。

9)評(píng)估氣隙中的力密度并進(jìn)行后處理。

10)評(píng)估和后處理結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

11)評(píng)估和后處理聲學(xué)響應(yīng)。

12)按“確定”退出應(yīng)用。

3. 設(shè)置噪聲和振動(dòng)分析的過(guò)程 - Motorsolve

**3.1 氣隙中徑向和切向磁場(chǎng)的數(shù)據(jù)文件 **

NVH分析所需的導(dǎo)出數(shù)據(jù)是徑向和切向氣隙磁場(chǎng)[T]，它是d和q定子電流[A]（Id和Iq），轉(zhuǎn)子氣隙角位置[度]，和轉(zhuǎn)子角位置 [度] 的函數(shù)。

d和q定子電流[A]必須根據(jù)Amesim DQ坐標(biāo)約定定義。

轉(zhuǎn)子氣隙角位置[度]是沿評(píng)估磁場(chǎng)的360°氣隙長(zhǎng)度的角度采樣點(diǎn)。建議定義至少比電機(jī)齒槽大 4 倍的樣本數(shù)。例如，在我們的例子中 4*48 = 192。

轉(zhuǎn)子角位置[度]是一個(gè)給定d和q定子電流[A]設(shè)定點(diǎn)的轉(zhuǎn)子機(jī)械角度采樣點(diǎn)的數(shù)量。

**3.2 腳本處理 **

本演示附帶了一個(gè)驅(qū)動(dòng)Simcenter Motorsolve的python腳本，可以自動(dòng)執(zhí)行此任務(wù)。它由以下主要部分組成：

1)獲取主要定子結(jié)構(gòu)信息。噪聲應(yīng)用使用此數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估噪聲應(yīng)用的1D分析模型。

2)循環(huán)所有id 和iq電流設(shè)定點(diǎn)以評(píng)估氣隙中的磁場(chǎng)。

3)將電機(jī)結(jié)構(gòu)和氣隙磁場(chǎng)導(dǎo)出為.mat 文件。

要為您自己的研究設(shè)置此腳本，您需要修改以下信息：

1)在初始化中，輸入分析的電機(jī)求解文件的位置。

2)定義轉(zhuǎn)子步長(zhǎng)數(shù)（nr_steps）和氣隙樣品位置（nairgap_steps）。

3)定義Id 和Iq當(dāng)前斷點(diǎn)（id_breaks 和 iq_breaks），至少覆蓋要分析電機(jī)的范圍。

4)定義MotorSolve計(jì)算的速度精度權(quán)衡（“速度/精度權(quán)衡”）。建議使用5 或6以獲得準(zhǔn)確的結(jié)果。“1（最快）”對(duì)于快速驗(yàn)證模型縮減設(shè)置非常有用。

5)定義.mat 數(shù)據(jù)文件（file_name）的名稱。

4. 設(shè)置噪聲和振動(dòng)分析的過(guò)程-Amesim模型描述

本demo中展示的電驅(qū)動(dòng)類似于日產(chǎn)Leaf電驅(qū)動(dòng)力總成。

圖 2：演示草圖

4.1電動(dòng)動(dòng)力總成

電動(dòng)動(dòng)力總成使用電機(jī)、轉(zhuǎn)換器和控制的動(dòng)態(tài)組件。有關(guān)所用建模方法的說(shuō)明，請(qǐng)參閱demo:

$AME/demo/Libraries/EMD/PMSM_ModelComparison.ame 。

本研究中使用的電機(jī)具有下表總結(jié)的以下主要特性：

表1：Leaf電機(jī)主要特點(diǎn)

這臺(tái)電機(jī)的CAD和電機(jī)物理屬性是使用Simcenter Motorsolve到Simcenter Amesim導(dǎo)出的解決方案定義的。Amesim模型參數(shù)輸入到 EMD3PCOEN01子模型中。該子模型能夠在考慮因?yàn)椴邸⒗@組配置和磁鐵形狀引起的磁飽和度和空間諧波的同時(shí)仿真電機(jī)電磁性能。

4.2傳動(dòng)系統(tǒng)

傳動(dòng)系統(tǒng)的模型相對(duì)簡(jiǎn)單，具有一系列慣量和彈簧，其中包括：

• 轉(zhuǎn)子慣量
• 中間軸慣量和剛度
• 側(cè)軸
• 輪胎剛度
• 車輪慣量
• 車輛質(zhì)量

這種分解導(dǎo)致該傳動(dòng)系統(tǒng)的以下固有頻率：

表 2：傳動(dòng)系統(tǒng)模態(tài)

有一個(gè)簡(jiǎn)單的兩級(jí)減速器，固定速比為9.3。該減速器的第一級(jí)還包括傳遞誤差假設(shè)。這種傳遞誤差代表了齒輪副的微觀幾何缺陷，并充當(dāng)諧波激勵(lì)的來(lái)源。該激勵(lì)的階次取決于齒輪副的速比和齒輪的齒數(shù)。

在我們的例子中：

**5.設(shè)置噪聲和振動(dòng)分析的過(guò)程-e-Noise App **

本demo的荷載工況是電機(jī)加速場(chǎng)景。模型仿真完成后，您可以啟動(dòng)e-Noise App。使用該應(yīng)用的基本工作流程是：

5.1啟動(dòng)應(yīng)用

在Amesim 的App Space中找到并打開該工具，如下圖3所示。

圖 3 打開e-Noise App

5.2選擇電機(jī)配置并將應(yīng)用鏈接到電機(jī)元件

電機(jī)配置選項(xiàng)卡有5部分：

• 電機(jī)運(yùn)行條件：

荷載條件從電機(jī)子模型中檢索：速度、電流和時(shí)間荷載工況從電機(jī)子模型的Amesim 仿真中獲得。此鏈接是在從下拉列表中選擇相關(guān)子模型別名時(shí)定義的。

• 電機(jī)氣隙磁場(chǎng)：

在此定義.mat 格式的氣隙磁場(chǎng)數(shù)據(jù)文件。這個(gè).mat文件包含氣隙中的徑向和方位磁場(chǎng)的信息。它還包含用于定義分析和電機(jī)結(jié)構(gòu)模型的電機(jī)參數(shù)。

• 電機(jī)參數(shù)：

您在此處定義電機(jī)的物理整體形狀。它定義了圓柱體的一維解析結(jié)構(gòu)模型，在該模型上施加氣隙中的電磁力以評(píng)估振動(dòng)和噪聲。導(dǎo)入氣隙磁場(chǎng)時(shí)收集所需的參數(shù)，也可以直接在應(yīng)用程序中設(shè)置。

1)定子槽數(shù)量

2)外定子半徑 [m]

3)內(nèi)定子半徑 [m]

4)定子齒的高度 [m]

5)定子齒寬度 [m]

6)定子堆疊長(zhǎng)度 [m]

7)楊氏模量 [MPa 或 Nm^2]

8)繞組質(zhì)量 [kg]

9)極對(duì)編號(hào)

• 模態(tài)分析：

它顯示結(jié)構(gòu)參數(shù)的評(píng)估模式。每次設(shè)置或修改電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)信息時(shí)，電機(jī)模式都會(huì)自動(dòng)更新。

• 繪圖顯示：

它顯示氣隙中徑向和切向磁場(chǎng)圖，作為氣隙位置或時(shí)間的函數(shù)。它可用于快速輕松地檢查是否已導(dǎo)入正確的文件進(jìn)行分析。

下圖4顯示了配置Leaf電機(jī)后的PMSM噪聲和振動(dòng)應(yīng)用程序：

圖 4：Leaf電動(dòng)機(jī)配置

5.3從第二個(gè)選項(xiàng)卡運(yùn)行計(jì)算并分析力、振動(dòng)響應(yīng)和聲學(xué)響應(yīng)

下面圖5的2個(gè)圖顯示了類似Leaf的電機(jī)振動(dòng)和聲學(xué)響應(yīng)：

圖5：位移（左）和輻射噪聲壓力（右）

下面圖6的2個(gè)圖顯示了Leaf電機(jī)力形狀 4 對(duì)振動(dòng)和聲學(xué)響應(yīng)的貢獻(xiàn)：

圖 6：力形狀 4 對(duì)位移（左）和輻射噪聲壓力（右）的貢獻(xiàn)

6. 結(jié)論

在此demo中，我們重點(diǎn)介紹了如何在設(shè)計(jì)早期設(shè)置專用于噪聲和振動(dòng)分析的模型。它能夠：

• 比較獨(dú)特的電動(dòng)動(dòng)力總成設(shè)計(jì)。
• 評(píng)估趨勢(shì)和潛在問(wèn)題頻率，包括機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。
• 通過(guò)在早期階段調(diào)整機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)配置來(lái)降低噪音和振動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。