基于Motor-CAD的永磁同步電機變速工況E-NVH仿真分析
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表1 電機的主要結構參數(shù)
主體結構及其尺寸 (mm) | |||
定子鐵芯外徑 | 190 | 定子鐵芯內徑 | 122 |
定、轉子鐵芯長度 | 119 | 氣隙長度 | 1 |
最大轉速rpm | 10000 | 轉子鐵芯外徑 | 120 |
引出線端繞組端部的軸向長度 | 39 | 轉子鐵芯內徑 | 40 |
圖1 樣機軸向及軸向結構圖
圖2 磁密云圖2.2 Motor-CAD 分析E-NVH前準備2.2.1 在應用Motor-CAD 分析電機電磁噪聲時，需要對氣隙磁密進計算。并需要對氣隙進行加密處理，如下圖所示為電機氣隙加密操作。在對氣隙加密時，加密點數(shù)為槽數(shù)極數(shù)最小公倍數(shù)。
圖3 氣隙加密設置2.2.2 在進行電磁噪聲計算時，必須電磁計算完成后才能切換到機械模塊進行設置，下圖所示為進行集中力設置，主要包括：齒部節(jié)點數(shù)和節(jié)點包含實際點數(shù)。
圖4 定子齒部集中力設置2.3 Motor-CAD 單點工況E-NVH仿真分析2.3.1 單點工況分析具體設置
在進行單點工況分析時，需要進行工況點激勵設置下圖所示為單點工況分析激勵設置—3200rpm@223N.m。具體的是3個步驟：1.添加需要計算的工況；2.計算電機外特性曲線；3.計算對應工況的電磁力、振動噪聲等。
圖5 定子齒部集中力設置2.3.2 模態(tài)及電磁力計算結果分析
在計算完成后，需對結果進行分析。Motor-CAD包含了豐富的后處理功能。下圖所示為模態(tài)計算結果，包括了模態(tài)等效集中質量、等效集中剛度及模態(tài)固有頻率。
圖6 定子模態(tài)計算結果在分析電磁振動噪聲時，主要是分析靠近定子側的電磁力。下圖所示為電機氣隙一點徑向力隨時間變化波形及fft，從中我們可以得到各次諧波幅值大小。
圖7 電磁力計算結果下圖所示為電機氣隙時空波形及其傅里葉分解，從中我們可以得到各次諧波幅值大小。
圖8 電磁力計算結果下圖所示為電機氣隙徑向力時空波形及其二位傅里葉分解。從中可以看到各次諧波值。
圖9 電機徑向磁密時空波形及其二維傅里葉分解2.3.3 電磁振動結果分析：
下圖所示為定子靜態(tài)位移，從中可知，0階0倍頻靜態(tài)位移和8階2倍頻靜態(tài)位移較大，由2.3.2節(jié)可知這是因為此電磁力較大。
圖10 電機定子靜態(tài)位移下圖所示是定子模態(tài)放大系數(shù)，在各階模態(tài)固有頻率處放大系數(shù)較大。
圖11 定子模態(tài)放大系數(shù)下圖所示為動態(tài)位移，由圖可知0階0倍頻靜態(tài)位移和8階2倍頻靜態(tài)位移較大，由2.3.2節(jié)可知這是因為電磁力大的。
圖12 電機定子動態(tài)位移下圖所示為振動速度和振動加速度，由圖可知0階和8階振動速度、加速度較大。
圖13 電機定子振動速度
圖14 電機定子振動加速度2.3.4 電磁噪聲結果分析
下圖所示為電機定子輻射聲功率，從中可知0階12倍頻，8階10倍頻14倍頻輻射聲功率較大。
圖15 電機定子輻射聲功率2.4 Motor-CAD 變速工況E-NVH仿真分析2.4.1 變速工況具體設置
在進行變速工況分析時，需要進行工況點激勵設置下圖所示為最大外特性曲線。具體的是4個步驟： 1.計算電機外特性曲線；2.添加需要計算的工況；3.計算對應工況的電流、電流角等；4.計算變速電磁力、振動噪聲。
圖16 電機變速工況電磁振動噪聲分析步驟2.4.2 變速電磁噪聲結果分析
Motor-CAD包含了豐富的噪聲后處理功能，下圖所示為噪聲階次分析結果，噪聲值由最大到小分列，由圖可知，0階12倍頻所產生的噪聲最大，8階14倍頻次之；產生噪聲的來源主要是0階、8階電磁力波。
圖17 電機噪聲階次圖下圖所示為電磁噪聲瀑布圖，由圖中的結果分析可知，噪聲主要由兩個共振帶引起，分別為0階模態(tài)和8階模態(tài)。
圖18 電機噪聲瀑布圖下圖所示為Motor-CAD軟件計算得到的各次電磁力波引起的噪聲瀑布圖，由圖中的結果分析可知，噪聲主要由兩個共振帶引起，分別為0階模態(tài)和8階模態(tài)。
圖19 各階電磁力波引起的電磁噪聲瀑布圖3 結論本文對一臺48S8P電機噪聲進行分析，可知噪聲來源主要為：1.結構的0階、8階模態(tài)；2.電磁力波的0階12倍頻，8階14倍頻。利用Motor-CAD進行電機電磁噪聲分析。從中可以分析出電機噪聲來源，為電機的電磁振動噪聲提供改進依據。*博客內容為網友個人發(fā)布，僅代表博主個人觀點，如有侵權請聯(lián)系工作人員刪除。
