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
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(cháng)度 | 119 | 氣隙長(cháng)度 | 1 |
最大轉速rpm | 10000 | 轉子鐵芯外徑 | 120 |
引出線(xiàn)端繞組端部的軸向長(cháng)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(shí)，需要對氣隙磁密進(jìn)計算。并需要對氣隙進(jìn)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(shí)，加密點(diǎn)數為槽數極數最小公倍數。
圖3 氣隙加密設置2.2.2 在進(jìn)行電磁噪聲計算時(shí)，必須電磁計算完成后才能切換到機械模塊進(jìn)行設置，下圖所示為進(jìn)行集中力設置，主要包括：齒部節點(diǎn)數和節點(diǎn)包含實(shí)際點(diǎn)數。
圖4 定子齒部集中力設置2.3 Motor-CAD 單點(diǎn)工況E-NVH仿真分析2.3.1 單點(diǎn)工況分析具體設置
在進(jìn)行單點(diǎn)工況分析時(shí)，需要進(jìn)行工況點(diǎn)激勵設置下圖所示為單點(diǎn)工況分析激勵設置—3200rpm@223N.m。具體的是3個(gè)步驟：1.添加需要計算的工況；2.計算電機外特性曲線(xiàn)；3.計算對應工況的電磁力、振動(dòng)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(jìn)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(zhì)量、等效集中剛度及模態(tài)固有頻率。
圖6 定子模態(tài)計算結果在分析電磁振動(dòng)噪聲時(shí)，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(diǎn)徑向力隨時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)空波形及其二維傅里葉分解2.3.3 電磁振動(dòng)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，在各階模態(tài)固有頻率處放大系數較大。
圖11 定子模態(tài)放大系數下圖所示為動(dòng)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節可知這是因為電磁力大的。
圖12 電機定子動(dòng)態(tài)位移下圖所示為振動(dòng)速度和振動(dòng)加速度，由圖可知0階和8階振動(dòng)速度、加速度較大。
圖13 電機定子振動(dòng)速度
圖14 電機定子振動(dòng)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(jìn)行變速工況分析時(shí)，需要進(jìn)行工況點(diǎn)激勵設置下圖所示為最大外特性曲線(xiàn)。具體的是4個(gè)步驟： 1.計算電機外特性曲線(xiàn)；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(dòng)噪聲。
圖16 電機變速工況電磁振動(dòng)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(chǎn)生的噪聲最大，8階14倍頻次之；產(chǎn)生噪聲的來(lái)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(gè)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(gè)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(jìn)行分析，可知噪聲來(lái)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(jìn)行電機電磁噪聲分析。從中可以分析出電機噪聲來(lái)源，為電機的電磁振動(dòng)噪聲提供改進(jìn)依據。*博客內容為網(wǎng)友個(gè)人發(fā)布，僅代表博主個(gè)人觀(guān)點(diǎn)，如有侵權請聯(lián)系工作人員刪除。
