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為滿足日益嚴(yán)格的法規(guī)要求、順應(yīng)業(yè)界開發(fā)環(huán)保汽車的趨勢，傳動(dòng)系統(tǒng)電氣化已成為一項(xiàng)越來越為重要的發(fā)展趨勢。要讓技術(shù)取得成功，電機(jī)和電池領(lǐng)域 的創(chuàng)新是必不可少的。因此，各汽車制造商調(diào)查了電力驅(qū)動(dòng)的幾種方法，以求找到最符合汽車功能性能要求的方法。這些要求不僅包括燃油經(jīng)濟(jì)性，也包括舒適性及噪音、振動(dòng)和平順性(NVH)。

目前市場上的幾乎所有混合動(dòng)力汽車均配備了永磁(PM)同步電機(jī)技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)帶來了眾多的優(yōu)勢，尤其是當(dāng)涉及到混合動(dòng)力時(shí)更是如此，混合動(dòng)車輛空間有限，重量最小化和效率最大化需求強(qiáng)烈。但是，稀土元素的有限供應(yīng)限制了大力規(guī)模部署。

因此，開關(guān)磁阻電機(jī)(SRM)日益受到有遠(yuǎn)見的汽車制造商們的青睞。在這些電機(jī)當(dāng)中，轉(zhuǎn)子向著定子與轉(zhuǎn)子磁極間空隙中磁阻最低即電感最高的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過連續(xù)對定子中的異名極供能，實(shí)現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

廉價(jià)高功率開關(guān)設(shè)備的易得性推動(dòng)了SRM的工業(yè)應(yīng)用。這些電機(jī)清楚地展示了自己的優(yōu)勢，比如構(gòu)造簡單且堅(jiān)固、制造成本低廉（無永磁體）、扭矩轉(zhuǎn)速特性出色，而且在很大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)最高效率。但是，幾種缺點(diǎn)也阻礙了其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。這些當(dāng)中就包括由于扭矩波動(dòng)當(dāng)中就包括由于扭矩波動(dòng)較大而產(chǎn)生的噪音及電磁干擾 (EMI) 噪音。

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)來解決SRM的噪音、振動(dòng)和平順性(NVH)問題。控制策略優(yōu)化來降低扭矩波動(dòng)，的確能給噪音輻射帶來有利的影響。但是，為了避免在電動(dòng)汽車內(nèi)感受到過度的振動(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（四對定子磁極）以及六個(gè)轉(zhuǎn)子磁極。這是一 款8/6式 SRM，具有四個(gè)獨(dú)立的相，專為汽車牽引應(yīng)用而設(shè)計(jì)，可提供200Nm的峰值扭矩和40kw的峰值功率。此外，該款SRM的設(shè)計(jì)也專門用于采用無級變速箱(CVT)的全混合傳動(dòng)系統(tǒng)。

通過仿真優(yōu)化電機(jī)噪音（包括SRM）涉及頗具挑戰(zhàn)性的多物理場建模。SRM中的噪音和振動(dòng)主要源于定子的結(jié)構(gòu)性激振，是由不斷變化的磁場和相電流引起的。電機(jī)外表面的結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致其周圍的空氣流動(dòng)，從而產(chǎn)生了氣壓變化，形成噪音。要實(shí)現(xiàn)精確的仿真，需要將磁學(xué)、振動(dòng)（結(jié)構(gòu)性）和聲學(xué)領(lǐng)域加以結(jié)合，才能正確捕獲所涉及的全部現(xiàn)象。

第一步是計(jì)算定子上的磁力。為此，就要對離散數(shù)的轉(zhuǎn)子角度和相電流值進(jìn)行二維電磁有限元(FE)仿真。這些力會(huì)作為來自應(yīng)力張量（可直接從解算器獲取）的合力進(jìn)行計(jì)算。得益于結(jié)構(gòu)的軸對稱幾何關(guān)系，二維建模可以提供十分理想的近似結(jié)果，能顯著地限制計(jì)算時(shí)間。

為了準(zhǔn)確捕捉電機(jī)在所需頻率范圍內(nèi)的動(dòng)力學(xué)特征，我們會(huì)創(chuàng)建定子的結(jié)構(gòu)有限元模型，然后與真實(shí)結(jié)構(gòu)上的測試結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析和模型修正。定子的結(jié)構(gòu)包含鋼板層合堆疊中，中間夾有樹脂，會(huì)呈現(xiàn)出材料非線性。通過在仿真模型和真實(shí)結(jié)構(gòu)之間的模態(tài)相關(guān)性分析，然后再進(jìn)行有限元模型修正，可定義等效各向異性材料屬性，而無須對定子層合板進(jìn)行明確建模。 


為確保測試結(jié)果呈現(xiàn)系統(tǒng)中的全部模態(tài)行為，會(huì)對初始有限元模型進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)分析。這樣有助于對加速計(jì)和激振設(shè)備進(jìn)行目標(biāo)定位，以實(shí)現(xiàn)最全面的 模態(tài)測試，這對于接下來的相關(guān)性分析和有限元模型更新具有非常重要的意義。在這些階段中，仿真模型會(huì)得到反復(fù)改進(jìn)，直到其產(chǎn)生的結(jié)果充分符 合測試結(jié)果。對于噪音輻射，橢圓形模態(tài)是最重要的模態(tài)，其優(yōu)先級最高。有限元模型會(huì)逐步更新，直到這些模態(tài)頻率與其測試頻率的差距在5%以 內(nèi)為止。

既然已經(jīng)計(jì)算出電磁力，并提供了準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)模型，就需要對這兩者進(jìn)行映射，以完成受迫響應(yīng)分析。由于是在頻域中進(jìn)行聲振仿真，因此第一步是采用離散傅立葉變換，將來自二維電磁有限元軟件的時(shí)域節(jié)點(diǎn)定子力轉(zhuǎn)化為頻域。隨后，二維結(jié)果會(huì)拉伸至三維，并通過守恒映射加載到結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格上。為提高計(jì)算效率，載荷數(shù)據(jù)將限制保留最為必要的信息。載荷會(huì)以階次譜來表達(dá)，對應(yīng)于開關(guān)磁阻電機(jī)主階次（電機(jī)轉(zhuǎn)速基頻的6階及其諧頻）。

基于模態(tài)的受迫響應(yīng)分析會(huì)通過將已更新有限元模型的結(jié)構(gòu)模態(tài)與映射電磁載荷相結(jié)合，來計(jì)算主要SRM階的外殼振動(dòng)。這些會(huì)用作聲學(xué)仿真的邊界條 件，計(jì)算在距SRM1米的目標(biāo)麥克風(fēng)位置產(chǎn)生的聲壓級。自動(dòng)匹配層(AML)技術(shù)可仿真自由聲場條件，以實(shí)現(xiàn)高效的聲輻射研究。

然后，不同的后處理工具可提供 針對電機(jī)噪音行為的深入工程見 解。當(dāng)電機(jī)階次頻率與結(jié)構(gòu)固有 頻率一致，或定子力模式與結(jié)構(gòu) 模態(tài)振型相匹配時(shí)，就會(huì)發(fā)生高 強(qiáng)度的共振。例如，在1400Hz 左右電機(jī)第 18 階耦合到結(jié)構(gòu)橢 圓型模態(tài)，就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)振動(dòng)。 所有第 6 階的奇倍數(shù)都會(huì)發(fā)生 這種情況。在 8/6 式 SRM 中，每次旋轉(zhuǎn)都會(huì)激活相位六次，導(dǎo) 致產(chǎn)生第 6 階諧波及其倍數(shù)。基 于這一見解，我們可以提議對外 殼和冷卻夾套進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，將 結(jié)構(gòu)的固有頻率錯(cuò)開到低階的激 勵(lì)頻率范圍之外。

應(yīng)用流程示例中所描述的這一基于先進(jìn)仿真的 SRM 輻射（并可引申到任何其他電機(jī)）噪音高級優(yōu)化，可以借助LMS Virtual.LabTM聲學(xué)、噪音和振動(dòng)以及相關(guān)性分析軟件來完成。要達(dá)到要求苛刻的汽車客戶所期待的高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)設(shè)計(jì)人員必須在設(shè)計(jì)的早期階段就引入此類輻射分析。只有通過提供將能源效率與避免降低其他性能(例如NVH)相結(jié)合的技術(shù)，他們才能成功地提供傳動(dòng)系統(tǒng)電氣化解決方案。