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基于AVL EXCITE M與Simulink控制耦合的電機(jī)諧波注入NVH分析前言 在新能源汽車、工業(yè)伺服系統(tǒng)等核心應(yīng)用場(chǎng)景中，電驅(qū)系統(tǒng)的高頻嘯叫與低頻轟鳴問(wèn)題，已成為制約產(chǎn)品 NVH（振動(dòng)噪聲）性能提升的核心痛點(diǎn)與技術(shù)難題。

本文基于Motor-CAD對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行電磁振動(dòng)噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機(jī)的E-NVH分析提供理論依據(jù)，并為永磁同步電機(jī)的E-NVH提供優(yōu)化途徑。

電機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域大多只將重點(diǎn)放在降低扭矩波動(dòng)來(lái)解決SRM的噪音、振動(dòng)和平順性(NVH)問(wèn)題。控制策略優(yōu)化來(lái)降低扭矩波動(dòng)，的確能給噪音輻射帶來(lái)有利的影響。但是，為了避免在電動(dòng)汽車內(nèi)感受到過(guò)度的振動(dòng)和噪聲，優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)及其外殼同樣也必不可少。在設(shè)計(jì)流程的早期階段納入詳細(xì)的聲振分析，有利于電機(jī)設(shè)計(jì)者更好地了解并控制最終產(chǎn)品的NVH特性。本文中所談到的電機(jī)具有八個(gè)定子磁極（四對(duì)定子磁極）以及六個(gè)轉(zhuǎn)子磁極。

1 前言 目前，新源汽車電機(jī)的噪聲問(wèn)題變得越來(lái)越突出，電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲是設(shè)計(jì)人員研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，而電磁振動(dòng)噪聲的激勵(lì)源電磁力波至關(guān)重要。本文基于Motor-CAD對(duì)永磁同步電機(jī)進(jìn)行電磁振動(dòng)噪聲（E-NVH）仿真分析，為永磁同步電機(jī)的E-NVH分析提供理論依據(jù)，并為永磁同步電機(jī)的E-NVH提供優(yōu)化途徑。

過(guò)高的NVH會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品壽命縮短、維護(hù)成本增加和客戶滿意度下降。因此，在設(shè)計(jì)早期階段解決NVH挑戰(zhàn)至關(guān)重要，以避免設(shè)計(jì)階段后期出現(xiàn)重大NVH問(wèn)題。電機(jī)NVH分析本質(zhì)上是一個(gè)結(jié)合了電磁和機(jī)械分析的、復(fù)雜的多物理場(chǎng)問(wèn)題——因?yàn)?em>電機(jī)NVH問(wèn)題通常源于電磁力與結(jié)構(gòu)組件（如定子）之間的相互作用。因此，全面了解電機(jī)的電磁和機(jī)械屬性對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其NVH性能至關(guān)重要。

首先、在Workbench平臺(tái)中搭建電機(jī)整個(gè)多物理場(chǎng)耦合的NVH分析流程。

要分析電機(jī)的E-NVH問(wèn)題，首先要具備一些基本的物理概念，傳統(tǒng)的電機(jī)設(shè)計(jì)方法主要包括電磁設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)等；其中電磁設(shè)計(jì)是電機(jī)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題，傳統(tǒng)來(lái)講，電機(jī)本體的電磁設(shè)計(jì)主要關(guān)注電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)能夠滿足功率、扭矩、效率、體積、發(fā)熱等需求，不考慮電機(jī)E-NVH的問(wèn)題，一般也不需要具備階次分析的概念。

半解析法計(jì)算工具使用流程 半解析法計(jì)算電機(jī)NVH主要流程可分為以下幾部分： 在上述各個(gè)環(huán)節(jié)中，電磁力計(jì)算會(huì)在電機(jī)基本性能計(jì)算時(shí)同時(shí)完成，模態(tài)、振動(dòng)響應(yīng)以及聲學(xué)計(jì)算由于都是解析法，計(jì)算速度較快，均可以作為優(yōu)化變量進(jìn)行電機(jī)NVH性能優(yōu)化設(shè)計(jì)的指標(biāo)。

，評(píng)估電機(jī)產(chǎn)品在車內(nèi)的聲品質(zhì)，并指導(dǎo)電機(jī)或整車神聲品質(zhì)優(yōu)化工作VRXPERIENCE Sound憑借完整、高效、便捷的聲音分析能力，以及聯(lián)合Ansys多物理場(chǎng)仿真工具的全新分析流程，為電機(jī)產(chǎn)品創(chuàng)建聲學(xué)虛擬原型，幫助客戶體驗(yàn)，理解，定性和量化的分析噪音和振動(dòng)特性。

綜上，鑄鐵平臺(tái)通過(guò)保障測(cè)試基準(zhǔn)穩(wěn)定、抑振動(dòng)干擾、優(yōu)化測(cè)試布置精度，在電機(jī)NVH測(cè)試中發(fā)揮著不可或缺的基礎(chǔ)作用，是提升測(cè)試精度、優(yōu)化測(cè)試流程的核心保障。在電機(jī)行業(yè)對(duì)NVH功能要求日益嚴(yán)苛的趨勢(shì)下，選用適配的鑄鐵平臺(tái)搭建電機(jī)NVH測(cè)試臺(tái)，是準(zhǔn)評(píng)估電機(jī)噪聲振動(dòng)功能、效推進(jìn)NVH優(yōu)化的關(guān)鍵舉措，對(duì)提升電機(jī)產(chǎn)品品質(zhì)與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

，分析表明：0.9mm氣隙電機(jī)的氣隙磁密較0.6mm氣隙電機(jī)諧波分量小，有利于降低電機(jī)徑向力波動(dòng)，減少電機(jī)徑向振動(dòng)，從而改善電機(jī)NVH表現(xiàn)。

定義控制電路、電磁場(chǎng)模型或結(jié)構(gòu)模型的相關(guān)參數(shù)，都可以通過(guò)內(nèi)置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化流程進(jìn)行調(diào)整，從而改進(jìn)電機(jī)性能，最大程度降低NVH。利用Ansys VRXPERIENCE，工程師可以直接研究聲學(xué)響應(yīng)，獲取到重要的聆聽和體驗(yàn)噪聲反饋信息。此外，該工具還能量化噪聲的感知值，方便用戶調(diào)節(jié)不同頻率時(shí)聆聽噪聲。這樣，能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)探索中所做的修改如何影響噪聲感知。

業(yè)內(nèi)難點(diǎn)·電機(jī)NVH目前整個(gè)新能源行業(yè)都在面臨電機(jī)的NVH的挑戰(zhàn)，無(wú)論是主機(jī)廠還是零配件廠都為之困擾。從宏觀上來(lái)講這種困擾來(lái)源于兩個(gè)方面，一方面 主機(jī)廠有大量傳統(tǒng)汽車的NVH治理經(jīng)驗(yàn)，但發(fā)動(dòng)機(jī)換成電機(jī)之后，不但驅(qū)動(dòng)源特性發(fā)生本質(zhì)性改變，甚至連傳動(dòng)架構(gòu)、NVH傳遞路徑也發(fā)生變化，這導(dǎo)致主機(jī)廠無(wú)從下手。另一方面電機(jī)廠處理傳統(tǒng)電機(jī)振動(dòng)噪音問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)也無(wú)法完全適用車輛驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。

安世亞太資深結(jié)構(gòu)工程師李桂花從電機(jī)角度和變速箱角度分享整體設(shè)計(jì)思路，并介紹了ANSYS電驅(qū)系統(tǒng)多物理場(chǎng)NVH分析流程，涉及ANSYS Maxwell、Motion、Mechanical、VRX Sound等軟件的運(yùn)用。

針對(duì)齒輪嘯叫噪聲，需對(duì)噪聲階次進(jìn)行分析，確定產(chǎn)生噪聲的嚙合齒輪，并對(duì)該齒輪或支撐軸進(jìn)行修型，來(lái)降低或消除齒輪的嘯叫。此過(guò)程主要通過(guò)仿真優(yōu)化及五電機(jī) NVH試驗(yàn)臺(tái)來(lái)進(jìn)行，仿真計(jì)算及實(shí)驗(yàn)流程圖６ 所示。通過(guò)仿真計(jì)算優(yōu)化及五電機(jī)NVH臺(tái)架實(shí)驗(yàn)后，對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)，并最終降低或消除變速器嘯叫。

簡(jiǎn)要流程如下：Maxwell 電機(jī)電磁力輸出 電機(jī)2D模型 電機(jī)極數(shù): 8 軸向深度 : 40mm計(jì)算不同轉(zhuǎn)速下的電磁激勵(lì)力UNV電磁激勵(lì)力文件輸出設(shè)置 打開“Enable Harmonic Force Calculation” 對(duì)話框 在“General”Tab中選需要輸出的部件

它可以在早期確定電機(jī)噪聲的起因，并幫助在與其他電機(jī)性能目標(biāo)的權(quán)衡中做出相關(guān)的設(shè)計(jì)改變，使NVH、熱和電磁表現(xiàn)同時(shí)得到研究。NVH工作流程集成到了Ansys Motor-CAD中，為設(shè)計(jì)者提供各種力、位移和聲功率的表示方法。然后可以在Ansys Maxwell中生成2D和3D模型，并在Ansys Mechanical中進(jìn)行振動(dòng)聲學(xué)分析。