重磅發(fā)布（四）：電磁噪聲優(yōu)化軟件（ENOS）新版本來了

發(fā)布人：西莫電機(jī)論壇時間：2023-02-04 來源：工程師

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兩年多前，融聲奇科技發(fā)布了電機(jī)電磁噪聲優(yōu)化軟件ENOS，由于軟件實用性強、界面簡潔和操作簡單，在市面上一經(jīng)推出就獲得了很多人的青睞，并最終成為我們的忠實用戶，在此表示衷心的感謝，你們的信任和支持是我們不斷前行的動力。

為了回饋大家的信任和支持，兩年多來，我們一直在眾多電機(jī)電磁噪聲項目的分析及優(yōu)化的工程實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，同時也在用戶的建議下，我們在軟件原功能基礎(chǔ)上做了重大更新，從軟件計算效率、考慮優(yōu)化問題的全面性、貼合工程實際性等方面進(jìn)行系統(tǒng)和全面性的升級，比如新版本新增斜極優(yōu)化功能，新增電磁力（原為力密度）、反電勢、損耗等優(yōu)化目標(biāo)，新增異步電機(jī)優(yōu)化功能，新增JMAG軟件優(yōu)化接口，同時軟件還新增工藝參數(shù)魯棒性分析功能，該功能可以幫助工程師了解電機(jī)在加工工藝公差影響下的噪聲變化預(yù)估值，以便評價工藝參數(shù)離散性對噪聲的影響。下面針對這些主要升級功能進(jìn)行詳細(xì)介紹如下。

1 增加電磁性能優(yōu)化目標(biāo)

電機(jī)電磁性能、效率、NVH等方面性能其實是一個矛盾的統(tǒng)一體，做過電機(jī)設(shè)計的小伙伴在設(shè)計電機(jī)各方面性能的時候或多或少都有過一些痛苦的經(jīng)歷，比如費了九牛二虎之力把電機(jī)電磁和效率性能設(shè)計得很好了，但是NVH性能卻差強人意，反之亦然。其實，這些電機(jī)性能指標(biāo)之間就好比蹺蹺板，往往一頭下去了，另外一頭可能就起來了，這時候我們非常希望能夠找到一個完美的優(yōu)化方案可以兼顧所有的性能，但是理想很豐滿，現(xiàn)實很骨感。在對電機(jī)NVH性能進(jìn)行優(yōu)化時，為兼顧電機(jī)其它性能指標(biāo)，我們在NOES軟件中增加了一些新的優(yōu)化目標(biāo)，以便在電機(jī)NVH優(yōu)化過程能夠平衡各方面的性能。目前優(yōu)化軟件支持以下五大類優(yōu)化目標(biāo)：（1）軟件支持轉(zhuǎn)矩或齒槽轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)分析，提取轉(zhuǎn)矩波動峰峰值、平均值、階次等作為優(yōu)化目標(biāo)（如某階轉(zhuǎn)矩脈動最低）；（2）軟件支持電磁力密度數(shù)據(jù)分析，提取磁密，轉(zhuǎn)化成力密度，分解特定空間和頻率階次作為優(yōu)化目標(biāo)（如某階徑向電磁力密度最低）；（3）軟件支持電磁力數(shù)據(jù)分析，提取電磁力波形，分解特定空間和頻率階次作為優(yōu)化目標(biāo)（如某階徑向電磁力最低）；（4）軟件支持反電勢數(shù)據(jù)分析，提取反電勢波形及THD等，分解特定空間和頻率階次作為優(yōu)化目標(biāo)（如THD最低）；（5）軟件支持鐵芯損耗數(shù)據(jù)分析，提取鐵芯損耗值等作為優(yōu)化目標(biāo)。

圖1 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)置從上圖可以看出，ENOS在優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)量上沒有限制，可以根據(jù)實際需要添加任意多個優(yōu)化目標(biāo)。

2 斜極優(yōu)化功能

在新能源車電機(jī)領(lǐng)域，幾乎所有驅(qū)動電機(jī)都會采用斜極方式以實現(xiàn)降低某些特定階次噪聲的目的，但是大多數(shù)電機(jī)設(shè)計人員在對電機(jī)進(jìn)行NVH優(yōu)化（如電磁力優(yōu)化）時都沒有考慮斜極，基本都是以直槽方式來進(jìn)行的，然后通過直槽獲得優(yōu)化方案再進(jìn)一步驗證斜極后的優(yōu)化效果，當(dāng)然，這種曲線救國的方式也是一種解決問題的手段，我們的試錯經(jīng)驗讓我們意識到，它在優(yōu)化方面存在一定的片面性，可能優(yōu)化出來的結(jié)果并不一定是最優(yōu)方案。為了考慮電機(jī)斜極這一工程實際問題，新版本增加了斜極優(yōu)化功能，可以根據(jù)實際需要通過勾選Skew達(dá)到考慮電機(jī)斜極優(yōu)化功能，比如在斜極狀態(tài)下對電磁力或轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行優(yōu)化分析。

圖2 斜極優(yōu)化功能設(shè)置

3 支持異步電機(jī)優(yōu)化

近年來，有些新能源車主機(jī)廠開始采用異步電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)，那么針對異步電機(jī)的NVH優(yōu)化需求也就提上日程，因此，隨著市場需求的變化，ENOS軟件除了支持對同步電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化外，新版本還新增了異步電機(jī)的優(yōu)化分析功能，在軟件中只需要在工況設(shè)置欄下方的下拉框選擇需要優(yōu)化的電機(jī)類型即可，比如選擇同步電機(jī)或異步電機(jī)。

圖3 同步或異步電機(jī)優(yōu)化設(shè)置

4 支持JMAG優(yōu)化接口

國內(nèi)盡管大多數(shù)電機(jī)廠或者新能源主機(jī)廠都選擇Maxwell軟件作為電磁仿真的首選軟件，但是由于JMAG軟件在網(wǎng)格劃分功能的強大性和參數(shù)化建模的便捷性等優(yōu)勢，仍然有相當(dāng)一部分用戶在使用JMAG軟件進(jìn)行電機(jī)電磁仿真分析，為響應(yīng)一些JMAG軟件用戶的需求，我們在新版本中開發(fā)了JMAG軟件優(yōu)化接口，通過采用ENOS軟件與JMAG聯(lián)合，就可以輕松完成電磁優(yōu)化工作，在多樣選擇性上為客戶提供更大的可選項。

圖4 電磁軟件選項

5 優(yōu)化目標(biāo)權(quán)重設(shè)置

大家在電機(jī)優(yōu)化問題做得多了，不可避免的會遇到這種場景，比如在優(yōu)化計算到一定時間后發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的結(jié)果或者方向不是我們期望的結(jié)果，這個時候就想著是否可以暫停計算，調(diào)整某些參數(shù)，然后繼續(xù)計算。我們正是基于這樣的思想開發(fā)了優(yōu)化目標(biāo)權(quán)重修改功能，支持優(yōu)化過程中目標(biāo)和參數(shù)的實時顯示，同時支持根據(jù)用戶偏好修改目標(biāo)權(quán)重，如存在多目標(biāo)時，客戶可以在計算的過程中選擇暫停計算后再次調(diào)整權(quán)重，修改不同目標(biāo)的權(quán)重值，可大大加速收斂時間和達(dá)到優(yōu)化效果的目的。

圖5 優(yōu)化目標(biāo)權(quán)重設(shè)置

6 工藝參數(shù)魯棒性分析功能

電機(jī)NVH分析優(yōu)化是個系統(tǒng)工程，當(dāng)我們解決了前期設(shè)計環(huán)節(jié)的NVH問題，可能在量產(chǎn)階段還會出現(xiàn)新的NVH問題，尤其是工藝參數(shù)如設(shè)計公差等對電機(jī)NVH有一定的影響，這也是導(dǎo)致同一批產(chǎn)線出來的電機(jī)在噪聲表現(xiàn)上存在較大差異的重要因素之一。為了對電機(jī)在量產(chǎn)階段的噪聲變化情況進(jìn)行預(yù)測統(tǒng)計分析，新版本中新增電機(jī)工藝參數(shù)離散及魯棒性分析，該功能可以幫助工程師了解電機(jī)在加工工藝公差影響下的噪聲變化預(yù)估值，以便評價工藝參數(shù)離散性對噪聲的影響，為電機(jī)量產(chǎn)可能出現(xiàn)的NVH問題提供幫助。

工藝參數(shù)離散性在偏離設(shè)計尺寸的公差范圍內(nèi)隨機(jī)生成一定數(shù)量的模型，軟件支持三種隨機(jī)生成模型方式：正態(tài)分布、隨機(jī)分布、外部導(dǎo)入，下面將一一介紹這些功能。

6.1 正態(tài)分布

我們都知道，由于制造誤差的原因，實際制造出來的電機(jī)產(chǎn)品尺寸一般都在偏離設(shè)計尺寸的公差范圍內(nèi)變動，據(jù)統(tǒng)計，批量生產(chǎn)出來的電機(jī)尺寸大多呈正態(tài)分布。ENOS軟件將電機(jī)各設(shè)計尺寸參數(shù)定義為變量，按照正態(tài)分布的方式在尺寸公差范圍內(nèi)隨機(jī)生成變量的樣本數(shù)據(jù)，同時可以查看變量的正態(tài)分布情況，并可以得到它在不同區(qū)間的分布概率。然后計算這些樣本數(shù)據(jù)對應(yīng)下的各目標(biāo)值如電磁力、轉(zhuǎn)矩脈動等及相應(yīng)噪聲的概率分布情況，通過對結(jié)果的觀察和分析就可以提前預(yù)測量產(chǎn)后的報廢率情況，如果報廢率超標(biāo)，可以提前采取預(yù)防措施。

圖6 正態(tài)分布生成變量樣本數(shù)據(jù)

圖7 設(shè)計變量正態(tài)分布示意圖

圖8 計算結(jié)果離散點圖

圖9 計算結(jié)果正態(tài)分布示意圖

6.2 隨機(jī)分布

與前述正態(tài)隨機(jī)分布類似，只是變量樣本生成過程完全是隨機(jī)的，軟件會隨機(jī)生成變量值區(qū)間內(nèi)的樣本數(shù)據(jù)，然后計算在這些樣本數(shù)據(jù)下的目標(biāo)值如電磁力、轉(zhuǎn)矩脈動等的概率分布情況。

圖10 隨機(jī)分布生成變量樣本

6.3 支持外部導(dǎo)入

支持外部導(dǎo)入模型變量數(shù)據(jù)，這里參數(shù)輸入方式比較開放，可以按照參數(shù)化分析要求輸入也可以按照某特定函數(shù)方式輸入等，比如可以將某些尺寸參數(shù)或者斜極角度等進(jìn)行參數(shù)化并寫入到excel中，然后選擇導(dǎo)入excel表格數(shù)據(jù)即可完成變量數(shù)據(jù)的外部定義，然后計算在這些樣本數(shù)據(jù)下的目標(biāo)值如電磁力、轉(zhuǎn)矩脈動等的分布情況。