Manatee振动噪声分析

Manatee软件电磁振动噪声分析

北京天源博通科技有限公司

褚占宇

利用Manatee软件分析丰田Prius2004电机电磁及振动噪声

Manatee软件是由法国EOMYS公司研发的，可以计算电机的电磁振动噪声的软件。北京天源博通科技有限公司是该软件在中国的代理商。

本文主要是利用Manatee软件分析丰田Prius2004款电机的电磁及振动噪声。

表1是丰田Prius2004电机的主要尺寸参数。

表1电机主要的参数

名称数据

定子外径/mm269.24

定子内径/mm161.9

气隙长度/mm0.75

铁心长度/mm83.82

转轴外径/mm110.64

极数/槽数8/48

1建模流程

首先打开Manatee软件。如下图所示。

选择电机类型，点击New Machine按钮，选择要编辑的电机类型。

在电机类型里面选择BPMSM，为内置式的永磁电机类型。P中输入极对数为4（注意这里是极对数不是极数）。

接着设置Machine Dimensions选项，在这里设置电机的定子外半径为134.62mm,定子内半径为80.95mm，转子外半径80.2mm，转子内半径为55.32mm。

计算出气隙长度为0.75mm。

设置定子轴向长度，定子硅钢片轴向长度为83.82，硅钢片的叠压系数设置为0.95。没有径向通风道和轴向通风口。

设置定子槽型，软件提供了多种槽型，选择相应的槽型进行设置。在这里选择槽型11，以下为具体的槽型尺寸参数。

当设置好后，可以点击Preview按钮，生成如下图所示。

定子绕组设置，Prius2004为3相双层，分布短距，绕线间距为5，并绕根数13，并联之路数1，每线圈的串联匝数9。

点击next按钮，选择3相双层，绕组跨距为5。

点击Preview按钮，生成如下图所示。

点击next按钮，设置并联之路数1，每线圈的串联匝数9。

点击next按钮，选择圆导线，材料选择铜，并绕根数13，设置线径0.912mm。

点击next按钮，设置端部绕组。设置端部绕组直线伸出长度为0，端部调整

系数为0.5。

点击next设置转子，转子硅钢片长度为83.82mm，硅钢片的叠压系数为0.95，硅钢片材料属性为M400-50A。

点击next按钮，设置永磁体尺寸，选择永磁体槽型为slot Type50，具体尺

寸按着下面图形输入，永磁体材料为magnet7.

点击preview按钮，生成如下所示的图形。

当全部建完后，点击保存按钮，把新建的电机模型保存下来。2开路变速声学分析

点击Workflow—〉Variable speed设置变速，最小转速是500，最大7000，步长为50。

电气模型参数定义了如何计算电流和等效电路参数。第一个模拟是一个开路的案例，因此它没有被使用，所有的参数都可以作为默认值。

点击Electrical，按着如下图所示进行设置。

点击Assumption按钮，生成如下图所示。

这里可以设置绕组和永磁体温度，包括铁耗的计算方法，是否考虑集肤效应，机械损耗的定义等。

电磁模型的设置，点击electromagnetic

电磁模块参数定义了如何计算气隙磁通量的分布。例如可以用有限元法，子域模型等并且可以考虑非线性。

由于它是一种开路电路模拟，所以忽略了定子磁场的影响。这意味着电枢磁场没有计算，只计算了转子磁体的磁场。因此点击Assumption只是勾选Is_mmfr。

故障参数的设置Faults

故障参数可以考虑电机短路、断条、偏心等故障。由于本案例暂时不考虑，故跳过设置。

机械模型的设置，点击Mechanical按钮。

机械模型参数定义了如何计算定子或转子结构的动态挠度（如FEA或实验模态参数）。选择了用于计算自然频率的默认的二维分析模型：在这里使用路算法。如下图所示。

对所有的结构模式都有一个恒定的阻尼。电机的周向模式通常在0.8%到2.5%之间，这里设置了2%的值。

声学模型设置，点击Acoustics.

声学模型参数定义了声压级是如何计算的。这里有默认选项，这意味着电机被假定为平放在地板上，而声音压力水平是计算在距离电机框架1米的地方。

数值参数模型设置，点击Numerical按钮。

这部分包含了模拟的所有数值参数。MANATEE包含几个检查和警告，以确保模拟结果是数字的。

一个重要的输入变量是在振动计算过程中要考虑的最大振动频率。它应该根据电机中观察到的最高的“危险”自然频率，以及最高的磁激发频率（例如，PWM 操作的开关频率的两倍，以及正弦操作的槽口频率的4倍）来选择。小型电机将具有高频模式，因此需要较高的采样频率。如果指定的最大频率与理论磁激发频率不一致，则输出中出现一条警告消息。

在数值组/振动-声设置里，周向振动波数的最大数目被设置为9，这意味着磁激发波数为0、1、2直到8在结构模拟中被考虑在内。根据轭的刚度和槽数，你可能需要包括多达20个波数（一个大型多极同步发电机的例子）来正确地模拟主振动波。为了包含极对数的空间频率最大的振动波，这个参数应该至少是2p+1，如果不是这种情况，就会发出警告信息。

应该确保数值离散化程度足够高，在一个转子机械周期中有2的11次幂个点，沿著气隙的2的11次幂个点。此电机非斜极和斜槽。点击OK

计算模型

当保存为BPM文档后，设置后点击RUN按钮进行计算。

输出结果分析

当计算完毕后，可以对计算文本结果进行简要的分析。其中有理论谐波力分析。

这张表在开路中扫过了槽/极交互力的谐波，并识别了潜在的有害力谐波。这些谐波代表了径向和切向力的谐波。该分析依赖于分析方程，可以与数值模拟分开运行。它有助于解释Manatee的数值结果。

以下是电机的主要参数

一些电机参数

下面可以看出离散化程度足够高