1.目的

如何在電機設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從而優化電機的NVH？Simcenter Amesim 2304新發布的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設置此分析的過程。它突出了電機噪聲和振動應用程序的振動和聲學后處理功能。

軟件help：EV_TorsionalVibrationAnalysis_NissanLeafTestBench.ame

2.分析步驟綜述

使用e-Noise App評估NVH響應的標準流程如下圖1所示：

圖 1：PMSM e-Noise App設置過程

**2.1 Motorsolve: **

1)從Motorsolve PMSM設計開始，在這里將空間諧波降階模型導出到Amesim。

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

2.2 Amesim :

3)使用電機求解降階模型設置電驅動參數。

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用鏈接到電機組件。

7)將氣隙磁場數據文件加載到應用程序中。

8)定義電機參數。

9)評估氣隙中的力密度并進行后處理。

10)評估和后處理結構響應。

11)評估和后處理聲學響應。

12)按“確定”退出應用。

3. 設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據文件 **

NVH分析所需的導出數據是徑向和切向氣隙磁場[T]，它是d和q定子電流[A]（Id和Iq），轉子氣隙角位置[度]，和轉子角位置 [度] 的函數。

d和q定子電流[A]必須根據Amesim DQ坐標約定定義。

轉子氣隙角位置[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。例如，在我們的例子中 4*48 = 192。

轉子角位置[度]是一個給定d和q定子電流[A]設定點的轉子機械角度采樣點的數量。

**3.2 腳本處理 **

本演示附帶了一個驅動Simcenter Motorsolve的python腳本，可以自動執行此任務。它由以下主要部分組成：

1)獲取主要定子結構信息。噪聲應用使用此數據來評估噪聲應用的1D分析模型。

2)循環所有id 和iq電流設定點以評估氣隙中的磁場。

3)將電機結構和氣隙磁場導出為.mat 文件。

要為您自己的研究設置此腳本，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)定義轉子步長數（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計算的速度精度權衡（“速度/精度權衡”）。建議使用5 或6以獲得準確的結果。“1（最快）”對于快速驗證模型縮減設置非常有用。

5)定義.mat 數據文件（file_name）的名稱。

4. 設置噪聲和振動分析的過程-Amesim模型描述

本demo中展示的電驅動類似于日產Leaf電驅動力總成。

圖 2：演示草圖

4.1電動動力總成

電動動力總成使用電機、轉換器和控制的動態組件。有關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導出的解決方案定義的。Amesim模型參數輸入到 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

傳動系統的模型相對簡單，具有一系列慣量和彈簧，其中包括：

• 轉子慣量
• 中間軸慣量和剛度
• 側軸
• 輪胎剛度
• 車輪慣量
• 車輛質量

這種分解導致該傳動系統的以下固有頻率：

表 2：傳動系統模態

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。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。

在我們的例子中：

**5.設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。使用該應用的基本工作流程是：

5.1啟動應用

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 格式的氣隙磁場數據文件。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構模型的電機參數。

• 電機參數：

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構模型，在該模型上施加氣隙中的電磁力以評估振動和噪聲。導入氣隙磁場時收集所需的參數，也可以直接在應用程序中設置。

1)定子槽數量

2)外定子半徑 [m]

3)內定子半徑 [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)繞組質量 [kg]

9)極對編號

• 模態分析：

它顯示結構參數的評估模式。每次設置或修改電機結構參數信息時，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。它可用于快速輕松地檢查是否已導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、振動響應和聲學響應

下面圖5的2個圖顯示了類似Leaf的電機振動和聲學響應：

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 對振動和聲學響應的貢獻：

圖 6：力形狀 4 對位移（左）和輻射噪聲壓力（右）的貢獻

6. 結論

在此demo中，我們重點介紹了如何在設計早期設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計。
• 評估趨勢和潛在問題頻率，包括機械傳動系統。
• 通過在早期階段調整機械傳動系統配置來降低噪音和振動風險。