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热点聚焦：基于Motor-CAD的永磁同步电机变速工况E-NVH仿真分析

2023-02-03 11:41:11来源：西莫电机论坛

1

(资料图片仅供参考)
前言

目前，新源汽车电机的噪声问题变得越来越突出，电机的电磁振动噪声是设计人员研究的热点问题，而电磁振动噪声的激励源电磁力波至关重要。本文基于

Motor-CAD

对永磁同步电机进行电磁振动噪声（

E-NVH

）仿真分析，为永磁同步电机的

E-NVH

分析提供理论依据，并为永磁同步电机的

E-NVH

提供优化途径。

Motor-CAD

是全球领先的新能源汽车电机选型分析及设计软件，用于新能源汽车电机的选型匹配，优化设计，竞品分析，拆解分析等。开发至今，已被全球主要的整车生产企业、电机生产商、科研机构及高校等广泛使用。

Motor-CAD

集成化软件包，可在选型、设计阶段高效地对电机进行电磁和热性能测试；软件包括：电磁（

EMag

）、热（

Therm

）、机械模块（

Mechanical

）和虚拟实验室（

Lab

）四个模块，可在几分钟内精确评估电磁、热和电磁振动噪声特性。

2
基于
Motor
-
CAD
的
E-NVH
仿真分析

2.1 Motor-CAD
软件中的电机模型

本例以一台

48S8P

永磁同步电机为例，对电机的电磁噪声进行仿真分析。通过

Motor-CAD

中的

Mechanical

模块对电机

E-NVH

进行仿真分析，为后续的降噪方案提供思路。表

所示为电机的主要结构参数。

表

电机的主要结构参数

主体结构及其尺寸

(mm)

定子铁芯外径

190

定子铁芯内径

122

定、转子铁芯长度

119

气隙长度

最大转速

rpm

10000

转子铁芯外径

120

引出线端绕组端部的轴向长度

转子铁芯内径

Motor-CAD

是专业的电机设计软件包括电磁、热、振动噪声及机械应力等模块，并且可通过软件参数化模板，快速建立电机模型，无需复杂的几何画图等。下图所示电机的

Motor-CAD

模型图及电磁计算磁场分布图。

图1 样机轴向及轴向结构图

图2 磁密云图

2.2 Motor-CAD
分析
E-NVH
前准备

2.2.1

在应用

Motor-CAD

分析电机电磁噪声时，需要对气隙磁密进计算。并需要对气隙进行加密处理，如下图所示为电机气隙加密操作。在对气隙加密时，加密点数为槽数极数最小公倍数。

图3 气隙加密设置

2.2.2

在进行电磁噪声计算时，必须电磁计算完成后才能切换到机械模块进行设置，下图所示为进行集中力设置，主要包括：齿部节点数和节点包含实际点数。

图4 定子齿部集中力设置

2.3 Motor-CAD
单点工况
E-NVH
仿真分析

2.3.1

单点工况分析具体设置

在进行单点工况分析时，需要进行工况点激励设置下图所示为单点工况分析激励设置—

3200rpm@223N.m

。具体的是

个步骤：

添加需要计算的工况；

计算电机外特性曲线；

计算对应工况的电磁力、振动噪声等。

图5 定子齿部集中力设置

2.3.2

模态及电磁力计算结果分析

在计算完成后，需对结果进行分析。

Motor-CAD

包含了丰富的后处理功能。下图所示为模态计算结果，包括了模态等效集中质量、等效集中刚度及模态固有频率。

图6 定子模态计算结果

在分析电磁振动噪声时，主要是分析靠近定子侧的电磁力。下图所示为电机气隙一点径向力随时间变化波形及

fft

，从中我们可以得到各次谐波幅值大小。

图7 电磁力计算结果

下图所示为电机气隙时空波形及其傅里叶分解，从中我们可以得到各次谐波幅值大小。

图8 电磁力计算结果

下图所示为电机气隙径向力时空波形及其二位傅里叶分解。从中可以看到各次谐波值。

图9 电机径向磁密时空波形及其二维傅里叶分解

2.3.3

电磁振动结果分析：

下图所示为定子静态位移，从中可知，

阶

倍频静态位移和

阶

倍频静态位移较大，由

2.3.2

节可知这是因为此电磁力较大。

图10 电机定子静态位移

下图所示是定子模态放大系数，在各阶模态固有频率处放大系数较大。

图11 定子模态放大系数

下图所示为动态位移，由图可知

阶

倍频静态位移和

阶

倍频静态位移较大，由

2.3.2

节可知这是因为电磁力大的。

图12 电机定子动态位移

下图所示为振动速度和振动加速度，由图可知

阶和

阶振动速度、加速度较大。

图13 电机定子振动速度

图14 电机定子振动加速度

2.3.4

电磁噪声结果分析

下图所示为电机定子辐射声功率，从中可知

阶

倍频，

阶

倍频

倍频辐射声功率较大。

图15 电机定子辐射声功率

2.4 Motor-CAD
变速工况
E-NVH
仿真分析

2.4.1

变速工况具体设置

在进行变速工况分析时，需要进行工况点激励设置下图所示为最大外特性曲线。具体的是

个步骤：

计算电机外特性曲线；

添加需要计算的工况；

计算对应工况的电流、电流角等；

计算变速电磁力、振动噪声。

图16 电机变速工况电磁振动噪声分析步骤

2.4.2

变速电磁噪声结果分析

Motor-CAD

包含了丰富的噪声后处理功能，下图所示为噪声阶次分析结果，噪声值由最大到小分列，由图可知，

阶

倍频所产生的噪声最大，

阶

倍频次之；产生噪声的来源主要是

阶、

阶电磁力波。

图17 电机噪声阶次图

下图所示为电磁噪声瀑布图，由图中的结果分析可知，噪声主要由两个共振带引起，分别为

阶模态和

阶模态。

图18 电机噪声瀑布图

下图所示为

Motor-CAD

软件计算得到的各次电磁力波引起的噪声瀑布图，由图中的结果分析可知，噪声主要由两个共振带引起，分别为

阶模态和

阶模态。

图19 各阶电磁力波引起的电磁噪声瀑布图

3
结论

本文对一台

48S8P

电机噪声进行分析，可知噪声来源主要为：

结构的

阶、

阶模态；

电磁力波的

阶

倍频，

阶

倍频。

利用

Motor-CAD

进行电机电磁噪声分析。从中可以分析出电机噪声来源，为电机的电磁振动噪声提供改进依据。

标签：电磁振动电磁噪声仿真分析

责任编辑：hnmd003

热点聚焦：基于Motor-CAD的永磁同步电机变速工况E-NVH仿真分析

1(资料图片仅供参考)前言

2基于Motor-CAD的E-NVH仿真分析

2.1 Motor-CAD软件中的电机模型

2.2 Motor-CAD分析E-NVH前准备

2.3 Motor-CAD单点工况E-NVH仿真分析

2.4 Motor-CAD变速工况E-NVH仿真分析

3结论

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基于
Motor
-
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2.2 Motor-CAD
分析
E-NVH
前准备

2.3 Motor-CAD
单点工况
E-NVH
仿真分析

2.4 Motor-CAD
变速工况
E-NVH
仿真分析

3
结论