基于Motor-CAD的永磁同步電機變速工況E-NVH仿真分析
加入技術(shù)交流群
表1 電機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)
主體結(jié)構(gòu)及其尺寸 (mm) | |||
定子鐵芯外徑 | 190 | 定子鐵芯內(nèi)徑 | 122 |
定、轉(zhuǎn)子鐵芯長度 | 119 | 氣隙長度 | 1 |
最大轉(zhuǎn)速rpm | 10000 | 轉(zhuǎn)子鐵芯外徑 | 120 |
引出線端繞組端部的軸向長度 | 39 | 轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)徑 | 40 |
圖1 樣機軸向及軸向結(jié)構(gòu)圖
圖2 磁密云圖2.2 Motor-CAD 分析E-NVH前準備2.2.1 在應(yīng)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(shè)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(shè)置，下圖所示為進行集中力設(shè)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(shè)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(shè)置
在進行單點工況分析時，需要進行工況點激勵設(shè)置下圖所示為單點工況分析激勵設(shè)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(yīng)工況的電磁力、振動噪聲等。
圖5 定子齒部集中力設(shè)置2.3.2 模態(tài)及電磁力計算結(jié)果分析
在計算完成后，需對結(jié)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(jié)果，包括了模態(tài)等效集中質(zhì)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(jié)果在分析電磁振動噪聲時，主要是分析靠近定子側(cè)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)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(shè)置
在進行變速工況分析時，需要進行工況點激勵設(shè)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(yīng)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(jié)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(jié)果，噪聲值由最大到小分列，由圖可知，0階12倍頻所產(chǎn)生的噪聲最大，8階14倍頻次之；產(chǎn)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(jié)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(jié)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jù)。*博客內(nèi)容為網(wǎng)友個人發(fā)布，僅代表博主個人觀點，如有侵權(quán)請聯(lián)系工作人員刪除。
