機電耦合的案例
samcef機電耦合分析
SAMCEF 機電耦合仿真
機電耦合系統時由機械系統，電磁系統以及聯系兩者的耦合電磁場組成。傳統的設計方法中，產品的各部分是獨立進行設計和仿真的，等機械和電子部分都設計完成并制作出物理樣機后，才能進行整體測試。借助于機電耦合建模和仿真技術，可以在物理樣機研制前通過對虛擬樣機進行仿真分析，得到數控機床整體性能，為機械與電氣參數的匹配提供依據。目前可以做機電耦合的軟件有以下幾種：
（1）美國的Mathworks公司研制開發的MATLAB，新推出的SimMechanics 工具箱可以直接對多剛體機器和他們的組件進行建模，與Simulink模塊聯合運行可以進行耦合建模與仿真。但是，其缺點也十分明顯，因為SimMechanics 仿真模塊中提供的僅僅是多剛體的仿真，無法進行柔性體的仿真，并且可視化、形象程度較低，無法與專業的有限元分析軟件相比。
（2）美國MSC 公司的ADAMS，能夠實現機械系統運動學、動力學仿真。ADAMS/Controls 是ADAMS 的插件模塊，為ADAMS中建立的機械模型添加控制系統。通過ADAMS/Controls 模塊，可以使在ADAMS中建立的模型與EASY5、MATALB等系統結合起來，實現機電系統耦合建模與仿真。但是其缺點是：在進行柔性體仿真是，必須借助于外界有限元軟件（ANSYS）通過接口技術將柔性體導入ADAMS中仿真分析，操作較為繁瑣并且導入的柔性體只可以做線性分析。
（3）LMS公司的SAMCEF軟件是歐洲CAE領域普遍采用的有限元軟件，功能強大，尤其擅長于剛體柔體耦合的復雜系統的動力學建模和分析。
展開 基于samcef的機電耦合介紹
機電耦合系統時由機械系統，電磁系統以及聯系兩者的耦合電磁場組成。傳統的設計方法中，產品的各部分是獨立進行設計和仿真的，等機械和電子部分都設計完成并制作出物理樣機后，才能進行整體測試。借助于機電耦合建模和仿真技術，可以在物理樣機研制前通過對虛擬樣機進行仿真分析，得到數控機床整體性能，為機械與電氣參數的匹配提供依據。
文章介紹了幾種主流軟件，并詳細介紹了samcef的機電耦合方法。
samcef機電耦合.pdf
微機電系統多場耦合仿真分析
在微電子機械系統（ＭＥＭＳ）研究和設計中，微系統數值仿真分析是一個重要研究領域．本文對ＭＥＭＳ中多種能量場耦合問題的各種數值仿真分析方法進行了綜合評述．分析了該領域目前的研究現狀并指出了其今后的發展方向．
微機電系統多場耦合仿真分析.pdf
南理工馮章啟課題組Small：從精神汗液中提取生物電子能源和信息
認識到這些限制，南京理工大學馮章啟課題組開發了一種機電耦合和濕度驅動功能二合一的單層膜，可以從環境濕度波動中產生持續的電能輸出，并且這一人體濕度響應所激發輸出的脈沖電信號亦可以實時地反饋人精神狀態的生物電子信息，這一研究為可穿戴濕度發電和人生物電子信息的實時提取提供了可行的方法和物理組件。相關研究近期以題為“Power Generation from Moisture Fluctuations Using Polyvinyl Alcohol-Wrapped Dopamine/Polyvinylidene Difluoride Nanofibers”發表在雜志《Small》上。
圖1. 機電耦合和濕度驅動二合一單層膜的微觀結構，及其在人體情緒波動誘發精神出汗情況下發電和提取情緒生物電子信息的示意圖。
該研究報告了一種新型的二合一設計策略。與傳統的雙層致動器不同，本工作選擇了單層的 PVA@PVDF/DA納米纖維膜（NFs）作為濕度致動器驅動的壓電發電機的有效組件。高度對齊的核/殼 PVDF/DA納米纖維已被證明具有較高的壓電輸出 (Advanced Materials, 2021 33(3):2006093；DOI: 10.1002/adma.202006093)，因此選作機電耦合元件，進而保證了對弱驅動變形的高靈敏度。由于 PVA 與 DA 上的親水基團之間有很強的界面吸附，因此可以通過簡單的吸濾將 PVA 殼引入 PVDF/DA NFs 的界面周圍。與其他雙層致動器相比，這種機電耦合和濕度驅動的二合一 PVA@PVDF/DA NFs 顯示出優異的穩定性并避免了潛在的分層風險。單層膜一方面充當濕度執行器，從環境濕度的波動中提取化學勢能以執行機械功。
展開 
SAMCEF robot 建模分析簡介與DEMON
對于串聯機器人，其建模相對簡單，因為一般而言，其只涉及轉動副建模，在此，SAMCEF可以通過建立相應的仿真模型，完成模態分析，多柔體動力學分析，剛柔耦合動力學分析，這方面SAMCEF提供了大量的實例與文檔，我以前的帖子也發過很多，大家可以參考一下。
對于并聯機器人，其建模就相對難一些，因為，除了一般的轉動副外，還會涉及復雜鉸鏈的建模，此外，一些并聯機器人要面向加工行業，因而需要完成剛度仿真分析，為此，Samcef也提供了多種建模方式，大家可以參考一下Bianch的文章以及天津大學的學位論文。此外，SAMCEF也提供了機電耦合仿真功能，這方面國內應用較少，國外應用較多，大家可以參考一下我前面發的一些機電耦合的資料與SAMCEF幫助文檔。
http://yun.baidu.com/pcloud/album/info?query_uk=1882165809&album_id=3645745512890619414
展開 SAMCEF串聯搬用/焊接機器人分析案例
對于串聯搬用機器人，利用其特有的MECANO求解器可以完成剛體/柔體/剛柔耦合等非線性分析，并且可以與MATLAB SIMULINK一起完成機電耦合分析。案例中給出了該類機器人不同條件下(全剛體，全柔體，剛柔耦合以及超單元)，建模過程與結果的對比，從對比結果可以看出，全剛體分析誤差較大，全柔體分析需要的分析時間最長，剛柔耦合與超單元建模可以高效/高精度(接近全柔體分析)地完成該類機器人的分析。并且在MEACNO中，通過建立與SIMULINK的鏈接(參見先前的帖子)，完成機電耦合分析，一方面可以用于在給定機構的條件下，設計控制系統；另一方面也可以在控制系統給定的條件下，優化機構的尺度以及結構參數。
附件是SAMCEF串聯搬用/焊接機器人分析案例資料，下載地址如下：
http://yun.baidu.com/pcloud/album/info?query_uk=3343893000&album_id=1347260842414989645
展開 電驅動機電一體化仿真
具體仿真關鍵技術挑戰
高效率：零部件（電機+變減速器）效率仿真優化及整車工況匹配效率MAP仿真優化
高安全性/可靠性：研發過程中各專業（結構/疲勞/動力學/電磁兼容/控制）仿真支撐評審及系統多學科集成性能仿真優化
高功率密度：潤滑冷卻系統一三維仿真設計/靜動強度模態約束下的輕量化仿真設計
高舒適性：機電耦合NVH仿真（電機電磁噪聲+變減速器機械噪聲）及基于整車的聲品質仿真輔助減振降噪設計
低成本：高保真虛擬測試模型降低試制成本/仿真實驗協同研發平臺提高研發效率
機電一體化仿真解決方案
圖1 電驅動機電一體化仿真工具鏈
圖2 面向整車的電驅動性能仿真評估與優化
圖3 基于MotorCAD電機多學科仿真分析優化
圖4 基于Actran的NVH仿真測試一體化
總結
經緯恒潤電驅動仿真咨詢團隊提供一整套面向電驅動機電一體化仿真測試方案，可實現從早期系統構型及整車性能匹配，到詳設階段涵蓋變減速器疲勞校核及輕量化設計、機電耦合NVH及潤滑冷卻一三維耦合仿真等關鍵技術，輔助客戶提高電驅動產品研發效率。
展開 廣汽新能源的后發優勢
相比于GE3的全新開發模式，GS4 PHEV是在銷量已突破100萬輛的廣汽傳祺GS4車型基礎上，結合目前國內唯一自主研發并實現量產的ATK（阿特金森發動機）+G-MC（機電耦合系統）“雙擎三模”技術，使得GS4 PHEV在技術層面已遙遙領先于競爭對手。
如果說，以搭載行業第一套AI車載系統為技術優勢點的GE3 530是廣汽新能源試圖在純電動車市場上與比亞迪和北汽新能源進行硬碰硬式競爭，那么，GS4 PHEV則巧妙地使用傳承式創新的模式，在新能源車市場展開全方面的戰略展開。
從市場投放來看，廣汽新能源GS4 PHEV在8月份憑借1239輛的銷量同比增長了733%，累計增幅高達3028%，盡管其基數較低，但也可窺見其增長態勢風頭無兩，近三個月連續月銷破千。在廣州地區，GS4 PHEV長期霸占該細分市場銷量榜第一的位置。未來隨著其領先的技術實力，GS4 PHEV銷量有望再上新臺階，打破當下比亞迪和上汽乘用車競爭的局面，成就插電混合動力SUV市場的新三強。
正如馬云在一次前瞻對話中強調：“現在才是顛覆性重洗的真正開始，接下來的技術革命將完全是顛覆性的，幾乎會在各個領域發生，而且從書上找不到答案。”
不過，廣汽新能源似乎找到了答案。廣汽新能源GS4 PHEV的兩大核心技術分別是阿特金森發動機和G-MC機電耦合系統。“這兩個技術結合的好處是，我們既可以生產純混動——比如本田、豐田的HEV，也可以變成插電式混動，同時也可以變成一起驅動的并聯式混動，這個技術是我們獨有的。”古惠南介紹道。
展開 某PHEV 車型動力總成的設計開發
表2 電機控制器集成DCDC總成技術參數
2.2 機電耦合系統
HP2多模混合動力系統機電耦合器采用了固定速比式多模變速器方案，結構簡單，成熟可靠。圖2展示了多模變速器工作原理。在整車中低速運行時，變速器內部離合器分離，整車進入EV模式（電池電量充足，由驅動電機驅動車輛）、RE-EV模式（電池電量不足，發動機帶動發電機發電，由驅動電機驅動車輛）；在整車高速運行時，變速器內部離合器結合，整車進入HEV模式（發動機、驅動電機可同時驅動車輛）。多模變速器技術參數表見表3。
圖2 多模變速器工作原理
表3 多模變速器主要技術參數
2.3 動力電池
圖3所示為HP2多模動力系統動力電池包，采用三元動力電池組，電池組與電池管理系統、檢修開關、快速連接器集成、高壓配電系統、電池箱體設計為一體，通過箱體6個懸置點安裝固定在車身地板下方。可以滿足電機峰值工作充、放電性能要求、充電時間要求，及強電安全、整車碰撞安全要求。動力電池包技術參數表見表4。
3 多模混合動力系統控制策略
3.1 多模混合動力系統功能
通過離合器的結合和分離，HP2多模混合動力系統可以實現純電驅動模式、串聯驅動模式、并聯驅動模式、發動機驅動模式、行車發電模式、駐車發電模式、制動能量回收模式、混聯驅動8種行駛模式。圖4展示了并聯驅動模式下能量流示意，發動機動力和驅動電機動力，在多模減速箱內耦合，通過差速器傳遞到驅動輪。
不同行駛模式時，各部件工作狀態見表5。
3.2 多模混合動力系統控制策略
3.2.1 驅動力分配與能量管理原則
PHEV多模混動系統驅動力分配，需要綜合考慮整車動力性和經濟性的要求（表6）。
展開 電機的機電耦聯與磁固耦合非線性振動研究
電機的機電耦聯與磁固耦合非線性振動研究
作者：邱家俊 文章來源：天津大學力學系
摘 要 :以文獻綜述的形式系統地闡述了電機轉子系統的機電耦聯振動及發電機定子系統的磁固耦合振動的近代研究成果。全文分成3個方面（即電磁激發的非線性振動；機電耦聯的非線性動力學；發電機定子系統的磁固耦合非線性振動），5個問題分別進行介紹（即電磁力激發的參數共振；電磁激發的多重共振；交流電機機電耦聯振動的非線性理論；機電耦聯失穩振蕩及其動態分岔分析；定子系統磁固耦合的多重共振）。全文列舉了63篇論文，大部分論文的理論結果均得到了實驗的驗證。最后，對此領域研究工作的工程意義及今后的研究展望進行了闡述。
關鍵詞： 機電耦聯；磁固耦合；參數共振；多重共振；失穩振蕩
1引言
電機的種類很多，用途各異，有交流電機和直流電機，交流電機中有交流發電機和交流電動機，直流電機中也有直流發電機和直流電動機。各種火電及水電發電機組占全社會總動力能源的90%以上，在國民經濟中占有重要地位。600 MW大型汽輪發電機組在國內已投產運行，1400 MW汽輪發電機組在國外已投產運行，我國正在研制世界上最大的700 MW水輪發電機組，2003年將要在長江三峽水電站并網運行。由發電機組聯成的電網大系統的電能，可應用于驅動種類繁多的電動機，以拖動各種工作機械，它們可由分瓦功率的電鐘指針直至幾MW的軋鋼電機，在控制系統中用作功率放大的交磁電機放大機其功率可達20 MW，此外還有礦山及船舶用發電機組等。
電機的機電耦聯與磁固耦合振動問題是比較復雜的，它涉及到多個學科的理論基礎，包括力學（指一般力學、連續介質力學、振動力學）與電學（指電磁場理論、電路理論、電機理論）及其形成的交*學科。
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表2 電機控制器集成DCDC總成技術參數
2.2 機電耦合系統
HP2多模混合動力系統機電耦合器采用了固定速比式多模變速器方案，結構簡單，成熟可靠。圖2展示了多模變速器工作原理。在整車中低速運行時，變速器內部離合器分離，整車進入EV模式（電池電量充足，由驅動電機驅動車輛）、RE-EV模式（電池電量不足，發動機帶動發電機發電，由驅動電機驅動車輛）；在整車高速運行時，變速器內部離合器結合，整車進入HEV模式（發動機、驅動電機可同時驅動車輛）。多模變速器技術參數表見表3。
圖2 多模變速器工作原理
表3 多模變速器主要技術參數
2.3 動力電池
圖3所示為HP2多模動力系統動力電池包，采用三元動力電池組，電池組與電池管理系統、檢修開關、快速連接器集成、高壓配電系統、電池箱體設計為一體，通過箱體6個懸置點安裝固定在車身地板下方。可以滿足電機峰值工作充、放電性能要求、充電時間要求，及強電安全、整車碰撞安全要求。動力電池包技術參數表見表4。
3 多模混合動力系統控制策略
3.1 多模混合動力系統功能
通過離合器的結合和分離，HP2多模混合動力系統可以實現純電驅動模式、串聯驅動模式、并聯驅動模式、發動機驅動模式、行車發電模式、駐車發電模式、制動能量回收模式、混聯驅動8種行駛模式。圖4展示了并聯驅動模式下能量流示意，發動機動力和驅動電機動力，在多模減速箱內耦合，通過差速器傳遞到驅動輪。
不同行駛模式時，各部件工作狀態見表5。
3.2 多模混合動力系統控制策略
3.2.1 驅動力分配與能量管理原則
PHEV多模混動系統驅動力分配，需要綜合考慮整車動力性和經濟性的要求（表6）。
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基于AVL EXCITE M與Simulink控制耦合的電機諧波注入NVH分析
圖14 電機殼體振動速度云圖
總結
EXCITE M 軟件與 Simulink 的諧波注入耦合仿真方案，構建了 “電磁 - 動力學 - 振動” 跨域協同的電驅系統 NVH 優化技術路徑：以 EXCITE M 單電機三維動力學模型為核心，依托其內置 EMT 電磁模塊生成的精準電磁 MAP 數據（含多 Id/Iq 電流組合、轉子轉角下的磁鏈與定轉子電磁受力信息），為仿真提供堅實的機電耦合基礎；通過集成 Simulink 外部電流控制單元，實現了電流環閉環控制與諧波注入策略的靈活落地，且 EXCITE M 支持直接配置目標抑制 / 注入諧波階次、幅值、相位及注入時機等核心參數，大幅簡化了調控流程。該耦合方案的有效性已通過多層級仿真結果充分驗證：諧波注入后，電機電流波形的幅值畸變與高頻紋波得到優化，目標 48 階主抑制階次對應的扭矩脈動顯著降低，電機殼體表面單一觀測點振動加速度與全域振動速度級均實現系統性下降 —— 不僅靶向抑制了目標階次的振動響應，還縮小了殼體高振動集中區域的覆蓋范圍、降低了整體振動均值，同時兼顧了扭矩輸出平滑性與電流特性穩定性。從技術機理來看，該耦合模式通過 “Simulink 精準控制諧波注入 - EXCITE M 高精度仿真機電耦合效應” 的協同，從電流優化切入抑制電磁力脈動源頭，再通過結構傳遞路徑削弱振動激勵，形成了 “控制策略優化 - 仿真驗證 - 工程落地” 的完整閉環；其工程價值不僅在于為電驅系統 NVH 優化提供了高效、精準的仿真工具組合，還能為后續控制參數精細化標定與結構設計改進提供數據支撐，助力實現 “控制策略 + 結構設計” 的協同 NVH 優化，最終提升整車駕乘舒適性。
展開 PHEV 車型動力總成的設計開發
東風PHEV混合動力系統構成
混合動力系統將發動機動力和電機動力通過電氣線路和耦合器耦合，并向車輪傳遞，是PHEV車型核心的關鍵技術。
東風某插電式SUV車型配置的HP2多模混合動力系統結構如圖1所示，由電驅動系統、高壓供電系統兩部分構成。電驅動系統由驅動電機、發電機、雙電機控制器、集成的DCDC、多模變速箱構成。高壓供電系統由動力電池包構成。其中，發動機、發電機、驅動電機分別與減速箱的3個輸入軸連接。在不同工況下，發動機、驅動電機、電動機的動力在減速箱耦合后，輸出到差速器，驅動車輪。
HP2多模混合動力系統結構簡單，擯棄了結構復雜的動力分配裝置及機電耦合系統，采用兩個小型電機分別驅動，可有效減少單電機驅動時電機功率及電機體積，占用空間小，傳動效率高。
圖1 多模混合動力系統
2.1 電機系統
電機系統包括驅動電機總成、發電機總成、集成DCDC的雙電機控制器總成。
驅動電機總成和發電機總成均采用永磁同步電機方案，雙電機控制器可以同時控制發電機、驅動電機按整車策略工作，滿足整車驅動與發電功能需求。東風某插電式SUV發動機取消了啟動機配置，車輛啟動時，發電機通過減速箱里的齒輪副，帶動發動機飛輪旋轉，啟動發動機，實現發動機啟停功能。
展開 PHEV 車型動力總成的設計開發
東風PHEV混合動力系統構成
混合動力系統將發動機動力和電機動力通過電氣線路和耦合器耦合，并向車輪傳遞，是PHEV車型核心的關鍵技術。
東風某插電式SUV車型配置的HP2多模混合動力系統結構如圖1所示，由電驅動系統、高壓供電系統兩部分構成。電驅動系統由驅動電機、發電機、雙電機控制器、集成的DCDC、多模變速箱構成。高壓供電系統由動力電池包構成。其中，發動機、發電機、驅動電機分別與減速箱的3個輸入軸連接。在不同工況下，發動機、驅動電機、電動機的動力在減速箱耦合后，輸出到差速器，驅動車輪。
HP2多模混合動力系統結構簡單，擯棄了結構復雜的動力分配裝置及機電耦合系統，采用兩個小型電機分別驅動，可有效減少單電機驅動時電機功率及電機體積，占用空間小，傳動效率高。
圖1 多模混合動力系統
2.1 電機系統
電機系統包括驅動電機總成、發電機總成、集成DCDC的雙電機控制器總成。
驅動電機總成和發電機總成均采用永磁同步電機方案，雙電機控制器可以同時控制發電機、驅動電機按整車策略工作，滿足整車驅動與發電功能需求。東風某插電式SUV發動機取消了啟動機配置，車輛啟動時，發電機通過減速箱里的齒輪副，帶動發動機飛輪旋轉，啟動發動機，實現發動機啟停功能。
展開 【10月18-21日】變壓器、電磁閥等機電產品Maxwell和Simplorer場路耦合工程應用專題
一、給方法解決以下關鍵問題：
1、仿真分析結果主要在于經驗積累，12年以上正脈工程應用專家帶你答疑解惑
2、有效掌握變壓器、電磁閥機電產品Maxwell和Simplorer場路耦合工程分析方法+實操模型訓練
3、所有實例緊緊圍繞變壓器、電磁閥等機電產品Maxwell和Simplorer場路耦合工程分析為核心目標，進行實操模擬訓練
二、12個實例模型貼近工程實戰操作：
實例01：螺旋線圈磁場仿真
實例02：磁場類型問題分析
實例03：電場類型問題分析
實例04：電動機2D場分析
實例05：電磁閥3D場分析
實例06：穩壓電路分析
實例07：直流電動機電流和速度控制分析
實例08：三相PWM整流橋電動機C模型分析
實例09：電磁制動器場路耦合分析
實例10：無線充電器場路耦合分析
實例11：永磁電機場路耦合分析
實例12：電磁爐場路耦合分析
三、差異化、效果保證：
1、實戰：專注CAE仿真計算12年，有自己的超算中心，積累了大量的項目工程案例
2、原理：帶領學員訓練實操過程，注重步驟和設置原理
3、系統：7600+學員反饋、工程實例更新與精選，形成系統的版權知識體系
4、響應：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果：所有學員提供高配筆記本、工程模型、電子資料、操作軟件、操作指導與反饋
四、增值服務
持本人學生證或教師證享有9折優惠；一個單位同時報名2人享有9折優惠； 一個單位同時報名3人以上（含）享有8.5折優惠。
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