1.目的

如何在電機設(shè)計早期方便快速查看電機的振動及噪聲水平，以及如何盡早對電機控制策略干預(yù)從而優(yōu)化電機的NVH？Simcenter Amesim 2304新發(fā)布的e-Niose App可以完美解決此問題。

下述demo展示了在Simcenter Amesim v2304 e-Noise App中使用Leaf電機的噪聲和振動分析示例。它解釋了基于Simcenter Motorsolve v2021.2 或 v2022.1設(shè)置此分析的過程。它突出了電機噪聲和振動應(yīng)用程序的振動和聲學(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評估NVH響應(yīng)的標準流程如下圖1所示：

圖 1：PMSM e-Noise App設(shè)置過程

**2.1 Motorsolve: **

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

2)從相同的Motorsolve同步電機設(shè)計中，將氣隙中的徑向和切向磁場導(dǎo)出為.mat 文件。

2.2 Amesim :

3)使用電機求解降階模型設(shè)置電驅(qū)動參數(shù)。

4)針對所需的荷載工況運行仿真。

2.3 e-Noise App:

5)啟動e-Noise App。

6)選擇電機別名以將應(yīng)用鏈接到電機組件。

7)將氣隙磁場數(shù)據(jù)文件加載到應(yīng)用程序中。

8)定義電機參數(shù)。

9)評估氣隙中的力密度并進行后處理。

10)評估和后處理結(jié)構(gòu)響應(yīng)。

11)評估和后處理聲學(xué)響應(yīng)。

12)按“確定”退出應(yīng)用。

3. 設(shè)置噪聲和振動分析的過程 - Motorsolve

**3.1 氣隙中徑向和切向磁場的數(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[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坐標約定定義。

轉(zhuǎn)子氣隙角位置[度]是沿評估磁場的360°氣隙長度的角度采樣點。建議定義至少比電機齒槽大 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]是一個給定d和q定子電流[A]設(shè)定點的轉(zhuǎn)子機械角度采樣點的數(shù)量。

**3.2 腳本處理 **

本演示附帶了一個驅(qū)動Simcenter Motorsolve的python腳本，可以自動執(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)來評估噪聲應(yīng)用的1D分析模型。

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

3)將電機結(jié)構(gòu)和氣隙磁場導(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，輸入分析的電機求解文件的位置。

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

3)定義Id 和Iq當前斷點（id_breaks 和 iq_breaks），至少覆蓋要分析電機的范圍。

4)定義MotorSolve計算的速度精度權(quán)衡（“速度/精度權(quán)衡”）。建議使用5 或6以獲得準確的結(jié)果?！?（最快）”對于快速驗證模型縮減設(shè)置非常有用。

5)定義.mat 數(shù)據(jù)文件（file_name）的名稱。

4. 設(shè)置噪聲和振動分析的過程-Amesim模型描述

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

圖 2：演示草圖

4.1電動動力總成

電動動力總成使用電機、轉(zhuǎn)換器和控制的動態(tài)組件。有關(guān)所用建模方法的說明，請參閱demo:

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

本研究中使用的電機具有下表總結(jié)的以下主要特性：

表1：Leaf電機主要特點

這臺電機的CAD和電機物理屬性是使用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為槽、繞組配置和磁鐵形狀引起的磁飽和度和空間諧波的同時仿真電機電磁性能。

4.2傳動系統(tǒng)

傳動系統(tǒng)的模型相對簡單，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)致該傳動系統(tǒng)的以下固有頻率：

表 2：傳動系統(tǒng)模態(tài)

有一個簡單的兩級減速器，固定速比為9.3。該減速器的第一級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，并充當諧波激勵的來源。該激勵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)置噪聲和振動分析的過程-e-Noise App **

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

5.1啟動應(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選擇電機配置并將應(yīng)用鏈接到電機元件

電機配置選項卡有5部分：

• 電機運行條件：

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

• 電機氣隙磁場：

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

• 電機參數(shù)：

您在此處定義電機的物理整體形狀。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估振動和噪聲。導(dǎo)入氣隙磁場時收集所需的參數(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)定子堆疊長度 [m]

7)楊氏模量 [MPa 或 Nm^2]

8)繞組質(zhì)量 [kg]

9)極對編號

• 模態(tài)分析：

它顯示結(jié)構(gòu)參數(shù)的評估模式。每次設(shè)置或修改電機結(jié)構(gòu)參數(shù)信息時，電機模式都會自動更新。

• 繪圖顯示：

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

下圖4顯示了配置Leaf電機后的PMSM噪聲和振動應(yīng)用程序：

圖 4：Leaf電動機配置

5.3從第二個選項卡運行計算并分析力、振動響應(yīng)和聲學(xué)響應(yīng)

下面圖5的2個圖顯示了類似Leaf的電機振動和聲學(xué)響應(yīng)：

圖5：位移（左）和輻射噪聲壓力（右）

下面圖6的2個圖顯示了Leaf電機力形狀 4 對振動和聲學(xué)響應(yīng)的貢獻：

圖 6：力形狀 4 對位移（左）和輻射噪聲壓力（右）的貢獻

6. 結(jié)論

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

• 比較獨特的電動動力總成設(shè)計。
• 評估趨勢和潛在問題頻率，包括機械傳動系統(tǒng)。
• 通過在早期階段調(diào)整機械傳動系統(tǒng)配置來降低噪音和振動風(fēng)險。