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新能源汽车驱动电机NVH仿真中的电磁力处理

2019-11-28 21:24:15·  来源：Simcenter 3D Online  作者：张智渊  
　
电机NVH是一个多物理场耦合的问题，其中涉及到的电磁、机构运动、热流等领域，对应仿真也需要采用多个不同领域的求解器联合求解。目前，对于由于电磁载荷引起的
电机NVH是一个多物理场耦合的问题，其中涉及到的电磁、机构运动、热流等领域，对应仿真也需要采用多个不同领域的求解器联合求解。目前，对于由于电磁载荷引起的电机噪声仿真一般采取先进行电磁仿真提取电磁力，然后将提取的电磁力加载到结构有限元模型上进行结构振动噪声仿真的流程。

电磁仿真需要采用考虑运动的时域求解器，因此往往采用2D模型提高仿真分析效率。结构有限元模型往往为三维网格，求解采用频域算法。电磁仿真的模型和结构仿真模型是两套不同的模型网格。如何快速高效的建立电磁仿真和结构振动噪声仿真模型之间的数据传递是目前大多数电机NVH仿真工程师所关心的。西门子Simcenter 3D技术团队针对这个问题，开发了针对性的程序，可以快速方便的解决从电磁仿真到振动噪声仿真之间电磁力处理的问题。程序功能主要应用可以概况为以下几点：

1. 任意定子结构加载位置选择
为了实现低噪音设计，在电机结构设计中定子齿的齿顶往往不再是圆弧形。出现了平齿、内凹、外凸等多种形状。针对这些新的结构型式，如何能够快速高效的提取齿顶的载荷？

在我们的程序中，只需要设置关注的区域范围，软件会基于实际的2D电磁网格及电磁力自动提取齿顶的电磁力，并将2D的电磁仿真计算出的电磁力拉伸为用于有限元网格加载的电磁力。通过该程序，我们可以实现：
精确考虑外凸和内凹齿面效果
精确切向力引起定子齿变形
减小电磁力文件大小

2. 基于多个稳态转速的电磁阶次力提取
在计算电机加速噪声时的电机转速是变化的，在电磁仿真时的工况为恒定转速工况。电机实际的振动噪声问题往往体现为阶次的特征，所以采用阶次计算的方式计算振动噪声可以更好的对电机振动噪声进行分析。

我们的程序中可以基于不同转速的unv电磁力时域数据进行处理，导出在第一步提取齿顶的区域三维的阶次电磁力。通过该程序，我们可以实现：
同时提取多个阶次
转速差值
精确模拟模态共振的效果

3. 分段斜极的电磁力提取
在实际电机设计中，低噪音设计方案还经常会考虑分段斜极。对于分段斜极的电机电磁力应用如何提取？这是我们经常会遇到的问题。分段斜极可以考虑为有空间相位的多个直极电机叠加而成。因此，在进行分段斜极拉伸时的输入可以考虑为多个2D电磁力分别拉伸并组合。

我们的程序中可以在阶次电磁力提取的同时考虑分段斜极拉伸。将多个2D电磁仿真分析的unv电磁力结果进行处理，整合成一个用于结构振动噪声仿真的电磁力输入。通过该程序，我们可以实现：
实现分段斜极2D-3D电磁力转换
支持V型斜极拉伸
直接作为电磁力载荷输入

我们的程序可以快速方便的解决从电磁仿真到振动噪声仿真之间电磁力处理的问题，结合西门子Simcenter 3D中电磁仿真和振动噪声仿真工具，可以快速便捷的实现各种复杂情况电磁载荷引起的电机噪声仿真。 
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