電機模態
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-09
電機模態的視頻教程
汽車雨刮器膠條異響仿真分析解決方案
雨刮系統的噪聲問題主要與雨刮電機、傳動齒輪產生的機械噪聲、空氣動力噪聲、刮刷刮片與前擋風玻璃之間摩擦產生的摩擦噪聲以及雨刮換向時產生的換向沖擊噪聲等。雨刮電機的振動噪聲問題主要包括整機振動噪聲問題、電磁振動噪聲問題、軸承異響問題，另外減速器的蝸輪蝸桿也存在異響問題。整機振動噪聲主要是由于裝配工藝、結構設計等造成的，電磁振動噪聲問題主要與電磁力引起電機結構模態共振有關。
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電機模態的實例教程
表3 仿真與試驗比較
圖4 試驗模態振型圖
5 結論
本文以新能源汽車用驅動電機為研究對象，通過對定子鐵芯材料等效計算及電機結構簡化，進行整機自由模態有限元分析。經對比仿真與整機模態試驗結果得出以下結論：
1.將鐵芯疊片結構視為橫觀各向同性材料并通過有限元方法計算材料參數，為準確分析電機模態特性及NVH性能預測奠定基礎。
2.整機定子系統仿真與模態試驗結果偏差在5%以內，驗證了本文提出模型簡化等效方法的合理性及仿真的準確性。
圖4為試驗模態振型圖。表3為仿真與實測結果比較。
通過表三可以看出仿真與試驗結果偏差在5%以內，說明仿真與實測結果基本吻合，具有較高的置信度。
表3 仿真與試驗比較
圖4 試驗模態振型圖
5 結論
本文以新能源汽車用驅動電機為研究對象，通過對定子鐵芯材料等效計算及電機結構簡化，進行整機自由模態有限元分析。經對比仿真與整機模態試驗結果得出以下結論：
1.將鐵芯疊片結構視為橫觀各向同性材料并通過有限元方法計算材料參數，為準確分析電機模態特性及NVH性能預測奠定基礎。
2.整機定子系統仿真與模態試驗結果偏差在5%以內，驗證了本文提出模型簡化等效方法的合理性及仿真的準確性。
作者：張鎮 薛勇丨廣州汽車集團
文章來源：EDC電驅未來
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展開 表3 仿真與試驗比較
圖4 試驗模態振型圖
5 結論
本文以新能源汽車用驅動電機為研究對象，通過對定子鐵芯材料等效計算及電機結構簡化，進行整機自由模態有限元分析。經對比仿真與整機模態試驗結果得出以下結論：
1.將鐵芯疊片結構視為橫觀各向同性材料并通過有限元方法計算材料參數，為準確分析電機模態特性及NVH性能預測奠定基礎。
2.整機定子系統仿真與模態試驗結果偏差在5%以內，驗證了本文提出模型簡化等效方法的合理性及仿真的準確性。
0階模態與8階模態頻率分別約為6.8kHz與10.2kHz，其振動噪聲頻譜圖如下圖所示。齒輪嚙合產生的噪聲階次，在此不再重述。電機控制器開關頻率與電機工作電流作用產生的電磁力波與上面分析相同，只不過，此處采用變開關頻率，分別采用了5k與10k的開關頻率。a、b兩處由0階模態共振引起，據分析，a 處可能激勵起端蓋的0階模態，b處有兩種可能的解釋，其一，可能由激勵與軸向0階模態作用引起，其二，是殼體（冷卻水套）產生了額外的0階相關的模態頻率。c、d兩處由0階扭轉共振引起。由此可以得出0階模態在驅動電機振動噪聲起著關鍵的作用。
四、結束語
從上述案例分析可知，在當今電動汽車永磁驅動電機中，呼吸模態很容易引起振動噪聲問題，需要工程師提起足夠的重視。
展開 摘要
：電機模態的準確分析是實現電機低噪聲驅動設計的重要環節。當電機模態頻率與對應階次徑向電磁力波頻率接近時，會產生共振。以一臺6極36槽的70 kW商務車主驅動永磁同步電機(PMSM)為研究對象,對比分析轉子開輔助槽和針對一階齒諧波的轉子分段斜極方法對電磁力波的影響。采用轉子開輔助槽和轉子分段斜極的優化方法后,0階12倍頻徑向電磁力波幅值可減小79%。建立電機三維有限元模態仿真模型，分析電機結構部件對模態的影響，結合常用車載驅動電機的安裝固定方式對外殼進行約束,分析不同約束方式下電機的模態特性。結果表明，在峰值功率8 000 r/min的工況下，優化設計方案下的0階12倍頻的徑向電磁力波幅值較大,但由于頻率為4 800 Hz,遠離電機模態的固有頻率，因此不會發生共振，降低了電磁噪聲。
關鍵詞
：電磁力波;模態;輔助槽;斜極;永磁同步電機
0引言
電機的結構噪聲是電機結構受到激振源激勵而產生的，主要來源有機械振動和電磁振動⑴。機械振動由軸承摩擦或轉子不平衡等因素引起， 可以通過采用低噪聲軸承、提高加工工藝和裝配精度等措施來改善；電磁振動由作用于定子結構上的電磁力波引起，是引起車用永磁同步電機(PMSM)噪聲的重要因素。
19世紀20年代初,Fritze首次提出電機電磁噪聲主要由定、轉子之間的徑向電磁力產生⑵。文獻［3］是較早分析PMSM電磁噪聲激振源的文章，將激振源歸為轉矩波動和定、轉子之間的徑向電磁力波,發現電機振動噪聲的頻率特征與上述激振源的頻率特征有很強的關聯性。文獻［4］全面闡述了車用電機振動與噪聲的產生機理，從理論層面深入分析電機電磁噪聲的來源,揭示了電磁噪聲和電機結構參數以及控制參數之間的關系。
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3.2 電機臨界轉速計算
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4.1 直流無刷永磁電機散熱分析
4.2 某小型電機瞬態溫升分析
4.3 電鉆電機通風散熱分析
5. 電機振動噪聲分析
6.
在Mechanical中，需要分析電機的模態和自由振動，并確定電機的諧振點等。在諧響應分析中，也可使用電磁力來計算振幅。
Mechanical中的聲學響應
在聲學、疲勞和優化分析中，結構振動被用于計算等效輻射功率(ERP)和聲壓水平。ERP計算用來估算結構噪聲，聲學響應是以聲壓級(SPL)表征其空氣聲傳播性能。
但使用半解析法計算振動與噪聲基本原理是一致的：
1) 使用電磁有限元計算電機氣隙中電磁力，并做二維傅里葉分解；
2) 通過圓環法等效計算電機的模態；
3) 通過振動響應理論計算正弦激勵下的振動響應；
4) 根據響應加速度采用無限平板、無限圓柱法計算聲輻射。
2.
1.3 轉軸彎曲模態分析
電機模態頻率是電機機械振動設計中的重要參數，在設計中應避免電機的模態頻率與徑向電磁力的頻率一致或接近發生共振[7-8]，從而引發振動噪聲問題。為此，對壓縮機電機的轉軸模態進行有限元仿真及試驗測試，所得結果如圖7～8所示。
當徑向電磁力的空間階次和頻率分別同時等于電機定子圓柱模態周向階次和頻率時，才會導致定子結構共振。此外，電機電磁振動噪聲水平近似與徑向力空間階次的四次方成反比，徑向力空間階次越高，對電磁振動噪聲的影響越小。
圖 3 電磁力空間階次與電機圓柱模態對比
三、 映射方法
以麥克斯韋張量為例，網格的節點力可以表達為：
即麥克斯韋壓力與節點形函數的積分。
對驅動電機進行聲學包裹，包裹物分為4層，第1層為吸音棉、第2層為膠皮、第3層為吸音棉、第4層為鉛皮，4層包裹物疊加在一起
電機懸置支架模態
對逆變器殼體490Hz共振問題，實施優化措施：殼體厚度由原來的3mm增加至4mm、殼體背面增加加強筋結構、逆變器殼體上表面粘貼阻尼片
4.齒輪
（ISO1328 齒輪的高質量制造
由于上述幾點，影響著電機的結構模態結果，所以在建立電機結構有限元模型的時候，需要與試驗結果進行對標，才能保證建立的電機結構有限元模型是準確的。這一過程可以通過Simcenter3D的Correlation相關性分析模塊進行實現。相關性分析的本質是分析數值仿真模型與試驗模型的相似程度。
本文提岀了一種通過在轉子表面增加凹口的轉子結構改進方案以削弱電磁振動噪聲，并對改進前后電機的電磁、模態、振動、噪聲進行仿真計算與對比分析。經過對比優化前后的分析結果可知，優化后的電機方案在保證平均轉矩基本不變的前提下，轉矩脈動得到降低，電磁振動噪聲得到削弱。
前4 階振型均為橢圓振型，通過計算電機的結構固有模態頻率1 階頻率為614 Hz 與電磁力600 Hz 頻率接近，且在614 Hz處的定子變形最大，證明在該頻率處產生了結構共振，所以優化該頻率處的振動噪聲對整個結構的噪聲優化有重要作用。
圖5 永磁有刷直流電機的模態振型與固有模態
為驗證電機結構自由模態仿真計算結果的正確性，對電機結構做了自由模態實驗。
Actran中仿真的牽引16/24開關磁阻電機的模態振型
“一旦馬達的振型和固有頻率確定，我們就可以預測哪一階徑向力是引起主要噪聲的來源，可以進一步回歸到電磁設計中減小徑向力。”
