介绍

电磁噪声和振动是电驱动系统开发中的一个关键因素。磁力与结构和声学动态的相互作用通?；岵恍枰脑肷驼穸?，使设计优化变得复杂。Manatee通过为工程师提供一个专门的环境来分析和解决这些挑战，从而应对这种复杂性。

 

 

 

这个博客探讨了Manatee的功能，详细说明了逐步工作流程，并重点介绍了提高电动机噪声和振动性能的高级技术。通过Manatee的多学科方法，工程师可以识别主要的噪声来源，优化机器设计，并在开发过程中早期实施有效的解决方案。

 

海牛的展示

 

 

在Manatee环境中，各种特性和工具使您能够定义和分析您的电动机。以下是其工作过程的逐步概述：

1. 定义电气机器：Manatee提供了一个定义电气机器的环境。您可以访问磁性材料库和多物理库，允许您指定诸如杨氏模量等机械模型的参数。

2. 探索不同的拓扑结构：Manatee 支持各种机器拓扑结构，包括感应电机、外激励同步电机、外转子电机和表面或内永久磁体同步电机。您可以选择适合您设计的拓扑结构。

3. 逐步模拟定义：一旦你定义了你的电动机，你就可以定义你的模拟。Manatee允许你在模拟中引入公差和故障，提供对机器行为的全面分析。

4. 运行仿真：在定义仿真之后，您可以运行它以生成所需的结果。Manatee 提供了强大的分析工具，帮助您了解噪声源及其对设计的影响。

5. 噪声解决方案环境：Manatee提供针对不同场景定制的噪声解决方案环境。您还可以访问通用参数扫描和优化环境，以进一步完善您的设计。

 

海牛工作流示例

 

 

为了一个实际的例子，考虑一个48槽、8极永磁同步机器的分析。工作流程如下：

1. 定义机器：输入您的48槽、8极永磁同步电机的磁路几何形状和材料属性。

2. 设置仿真参数：Manatee 提供了预定义的工作流程。选择“电流驱动变速仿真”工作流程。

3. 定制工作流程：如有需要，审阅和调整默认模型。指定您是否希望模拟单速或变速。

4. 运行仿真：执行仿真以生成 NVH 数据。

5. 分析结果：使用Manatee的内置工具分析频谱图和振动数据以识别噪声源。

6. 优化设计：根据分析对设计进行调整，以满足 NVH 目标。

 

此工作流程允许您在设计阶段评估和减轻电动机的噪声和振动水平，甚至在开发的早期阶段。

 

通过当前驱动工作流逐步执行

让我们探索一个在设计电气机器以满足特定扭矩要求时至关重要的基于电流的工作流程。一种关键策略是最大扭矩每安培策略，其中Id和Iq电流作为速度的函数已经优化以达到目标扭矩。通过选择模拟，您可以概览该工作流程，将其与其他基于电压的工作流程区分开来。您将在指定范围内找到Manatee需要额外数据以进行最终计算的入口点。

 

 

 

为了确保计算的准确性，导入与工作流程一致的变速、Id和Iq电流是至关重要的。通常，定义速度范围为每分钟500到8000转，可以精确捕捉由激励力与结构模态之间的相互作用引起的共振。磁性查找表是Manatee电磁计算的基本组件。Manatee优化了磁性计算的数量，并采用巧妙的插值技术来减少计算时间。通过验证并保存设置，您可以确认用于计算的扭矩-速度曲线点的选择。

 

Manatee在概念设计阶段通过构建等效圆柱壳或梁单元模型，使用基本的静止磁极堆叠模型。这种方法提供了裸露创伤层压板特性的见解，使电气工程师能够在早期设计阶段优化声功率水平。在Manatee中进行计算生成磁性查找表，同时考虑非线性磁静因素和不同的转子位置，将磁性计算次数从100减少到16。

 

因此，Manatee计算了麦克斯韦应力、在定子齿尖产生的激励力以及转子侧的力。这些计算和模型激励为评估和改进模型基础提供了有价值的信息，同时显著减少了计算时间。随后，可以计算变速时的声级，以评估和优化整体声学性能。

 

如何在Manatee中定义电动机？

 

 

让我们逐步有效地在Manatee中定义一台电动机。以下是永磁同步电动机涉及的关键步骤的分解：

（1）定义层压尺寸和槽类型：

l 使用参数化模板进行槽几何设计。

l 使用DXF文件导入用户定义的几何图形以进行更复杂的 designs。

 

（2）定义定子绕组：

l 使用自动方法根据槽的数量利用星形槽方法定义绕组。

l 此功能简化了流程并确保准确性。

 

（3）定义转子磁铁：

l 对于磁铁孔或磁铁口袋，使用预定义模板。

l 导入用户定义的几何图形以实现更复杂的 designs，允许复杂的磁通偏置配置。

l 对涉及不同磁层或不同北极/南极的复杂磁体布局重复相同操作

 

（4）定义转子偏斜：

l 使用模板定义的 skew 形状或用户定义的形状设置转子 skew。

 

模拟结果

 

 

Manatee在计算完成后（通常只需几分钟）会自动绘制最相关的结果。主要输出是声音随速度变化的图表，通常表示为频谱图。这种可视化使工程师可以直接听到机器的声音。

 

Manatee展示了从输入电流到最终声功率级的整个过程。工程师可以追踪从电流驱动工作流程到最终噪声和振动特性之间的步骤。频谱图提供了清晰而详细的表示，使工程师能够识别和分析特定频率成分及其对机器性能的影响。

 

评估谐振

 

 

接下来，我们专注于识别和评估系统内的谐振。通过详细分析，我们可以在综合图中观察到各级别的谐波。例如，谐波H 48 表示在这种特定的电动机中，发生了十二次电频率的谐振。这种谐振是由作用在定子上的径向力产生的，波数为零。

 

Manatee的高级算法使我们能够确定在特定共振下驱动噪声水平的形状和激励力。在操作力部分检查径向力，并选择相应的操作点，使我们能够可视化激励定子堆的脉动力。这种可视化使我们能够进一步分析和研究系统的性能。

 

切槽作为补救措施

 

 

在H 48处的力特别重要，因为它与机器中的槽数相匹配。有几种方法可以处理这种令人兴奋的力，但一种实际的解决方法是开槽。

 

切槽是指通过去除磁路的特定部分来修改磁路。这可以在定子侧或转子侧进行。你可以激活切槽模式来改变定子侧的磁场分布。同样，切槽也可以应用于转子侧。

 

在这个项目中，已经在转子侧实施了一个凹槽。这个修改简单易行并进行优化。引入凹槽可以减少H 48谐波的影响，从而减轻共振并降低噪音水平?？梢酝ü⒌靼疾勰Ｊ嚼词迪肿罴研Ч岣呋鞯男阅?，同时尽量减少噪音和振动。

 

在Manatee中使用参数扫描

 

 

激活Notch并设置参数扫描

我们激活了凹槽，并在形状上定义了一个参数扫描。Manatee 使设置这些参数扫描变得非常容易。一旦你激活参数扫描，你就可以访问所有输入，包括磁路的关键尺寸、绕组参数、凹槽参数、偏心、气隙，甚至控制设置。

 

通过这个参数扫描，Manatee 会自动选择最有趣的 NVH（噪声、振动和粗糙度）指标，例如声功率级和振动，以及像扭矩波动这样的电磁指标。您不需要手动设置这些，但如果您需要，也可以定义更高级的指标。

 

参数扫描影响示例

在这个项目中，我们从一个声功率级约为90分贝的参考模拟开始。经过仅需五分钟的简单参数扫描，我们将声功率级降低到83分贝。在没有显著改变转子应力或影响扭矩的情况下，实现了7分贝的降噪效果，有效缓解了由磁力激发引起的主共振。

 

向电动驱动装置过渡

 

 

现在，让我们来看另一种使用Manatee的方法，关注电动驱动单元的整体噪声和振动水平。我们将使用相同的机器，例如丰田普锐斯，并遵循类似的流程，进行一些修改。

 

1.     变速电流：

我们将使用相同的变速电流。

作为一名NVH工程师，我们将向控制工程师询问MTPA（最大扭矩每安培）的最新电流角度，并将这些运行点输入到模拟中。

 

2.     磁性查找表:

我们将请求磁性团队提供预计算的磁性查找表。由于我们仅在新的模拟中更改了结构机械模型，之前模拟中计算的查找表可以重复使用。

该表格直接导入模拟器，简化了流程并减少了由于接口标准化带来的错误风险。

 

3.     模型基础:

我们将要求机械工程师为实际的动力总成准备一个模型基础，包括外壳、齿轮和其他组件。

这个模型基础可能相当复杂，包含大约300种模式，但Manatee过滤器和显示器只显示对电-机械振动噪声分析最相关的那些。

 

4.     运行模拟：

在设置输入后，我们运行模拟。

这些计算可以在笔记本电脑上在几分钟内完成。

 

分析结果

 

 

一旦仿真完成，Manatee 提供了一系列工具来理解声音和振动问题的根源：

1.     声音和振动指标：

我们可以生成并收听新模拟的声音，目前模拟的是电动驱动单元的级别。

Manatee 允许您确定哪种类型的力导致不同的共振。例如，定子上的扭矩波动导致低速时出现新的峰值。

 

2.     频率轴和模态分析：

你可以探索频率轴并显示模式，以了解共振来自哪里。

 

3. 例如，我们之前绘制的模态 n°115 是由径向力激发的，基于更复杂的动力总成模型。

 

根本原因分析和缓解措施工具

 

Manatee 提供多种用于根本原因分析和缓解的工具：

 

预定义工作流：

Manatee 提供了预定义的工作流程，使您能够在设计阶段只需点击一次即可运行调整后的 e-NVH 计算。

快速而准确的计算：

这些计算基于有限元分析，确保了速度和准确性。

介绍公差：

Manatee 允许您为稳健设计引入公差，例如偏心和磁化变化。

缓解技术：

Manatee 包括超过 15 种供电气工程师使用的缓解技术。

这些技术包括改变磁性布局、斜槽图案、槽口开口、在定子或转子侧进行切槽，以及注入谐波电流。

 

缓解技术示例

谐波电流注入：

该技术涉及引入一个小的谐波电流，产生一个小的力来衰减产生噪音的力。

它不会增加焦耳损耗，因为峰值电流保持不变，因此不会改变电磁设计。

切槽：

如我们所见，可以在不破坏电磁设计的情况下进行切槽，从而有效减少噪音和振动。

通过使用这些工具，Manatee帮助工程师在无需重新进行广泛的机械应力分析或效率计算的情况下，理解和解决NVH问题，使设计过程更加高效和有效。

 

许可和支持

在许可方面，我们提供标准模型的年度订阅，包括浮动许可证和节点锁定许可证。一个关键特征是，所有这些许可证都可以在批处理模式下使用，这意味着如果您有个人或优化脚本，并需要调用Manatee进行e-NVH计算，您可以无缝进行。

 

我们还为高性能计算（HPC）环境提供特别选项。为了帮助您评估Manatee，我们提供免费的评估许可证。

 

此外，我们提供一种名为e-NVH教练小时的独特服务。这些服务与软件分开，由我们经验丰富的e-NVH工程师提供。这些工程师参与了许多项目，他们在这些项目中识别出噪声问题并开发了有效的解决方案。通过利用这些教练小时，您可以受益于他们的丰富经验和见解，确保在您的特定应用中充分利用Manatee。

 

常见问题解答 (FAQs):

问1：我们可以在Manatee中包含磁致伸缩吗？

磁致伸缩与磁性噪声有关，在Manatee中相比麦克斯韦力来说可以忽略不计。然而，在特定频率下，这仍然是一个开放的研究课题。即使没有建模磁致伸缩，Manatee进行的咨询项目仍然取得了成功。

 

Q2: 我们可以在Manatee中建模不平衡电流吗？

不平衡电流可以通过破坏磁对称性引起e-NVH问题。虽然这是一个有趣的故障情况，Manatee并不直接支持建模不平衡电流。然而，如果客户需求增加，这个功能可以被添加。

 

Q3: 您打算创建一个3D环境吗？

将Manatee整合到3D环境中，例如3DExperience平台，计划在未来进行。然而，官方路线图在2026年之前不包括这一整合。实现从Catia到e-NVH的无缝建模需要大量的开发工作。

 

Q4: 在Manatee中，如何计算机器的电磁性能？

Manatee 主要使用 2.5D 有限元分析 (FEA) 来计算电动机的电磁性能。然而，也使用像磁动势法和电路驱动 FEA 这样的半解析技术来平衡感应电动机的准确性和计算时间。

 

Q5: Manatee 能处理脉冲宽度调制 (PWM) 吗？

虽然 Manatee 已经开发出处理 PWM 的概念验证，但目前软件中尚未提供。然而，计划在即将发布的版本中交付 PWM 功能，预计在 2025 年中发布。

 

结论

总之，Manatee成为解决电动驱动中e-NVH挑战的工程师们不可或缺的工具。通过提供用于机器定义、模拟和噪声减轻的全面功能，它简化了设计过程并促进了早期决策。凭借其先进的功能，Manatee不仅提升了电动机的性能，还使工程师能够有效解决噪声和振动问题，从而最终实现更安静、更高效的动力系统。