Sự kết hợp giữa các lĩnh vực điện kỹ thuật và động lực học cấu trúc thành một mô hình hệ thống NVH của trục truyền động điện

Markus Jaeger1, Pascal Drichel2, Michael Schröder1, Joerg Berroth2, Georg Jacobs2, Kay Hameyer1
1Institut für Elektrische Maschinen (IEM), RWTH Aachen University, Schinkelstraße 4, 52062, Aachen, Deutschland
2Institut f. Maschinenelemente u. Systementwicklung (MSE), RWTH Aachen University, Schinkelstraße 10, 52062, Aachen, Deutschland

Tóm tắt

Tóm tắtTrong nghiên cứu này, một phương pháp được trình bày trên ví dụ của một trục truyền động của một xe điện sản xuất hàng loạt, kết nối hiệu quả giữa hệ thống điện kỹ thuật và hệ thống động lực học cấu trúc. Mô hình hệ thống tạm thời, phi tuyến tính xem xét ở phía điện kỹ thuật điều khiển, điện tử công suất và hành vi của máy điện dưới ảnh hưởng của các sai lệch trong sản xuất và các tác động động lực học cấu trúc như lệch tâm động, xoắn và uốn của rôto. Phía động lực học cấu trúc, toàn bộ trục truyền động bao gồm hệ thống trục, hộp số và vỏ được biểu diễn trong một mô phỏng đa cơ thể đàn hồi để tính toán các quá trình tạm thời trong miền thời gian. Phương pháp này cho phép tính toán hành vi hệ thống phi tuyến tính, âm thanh và được xác thực thông qua các phép đo trên băng thử. Các khả năng để nghiên cứu độ nhạy của hành vi NVH thông qua các phép tính biến thể hoặc tối ưu hóa các thành phần trong quá trình thiết kế ở cấp hệ thống được chỉ ra.

Từ khóa

#mô hình hệ thống NVH #trục truyền động điện #động lực học cấu trúc #điện kỹ thuật #mô phỏng đa cơ thể

Tài liệu tham khảo

Fritze, H. (1921): Über die Geräuschbildung bei elektrischen Maschinen. Arch. Elektrotech., 10(3–4), 73–95

Sequenz, H. (1932): Die Wahl der Nutenzahlen bei Käfigankermotoren. Elektrotechn. Masch.-Bau, 50, 428–434.

Jordan, H. (1950): In Geräuscharme Elektromotoren, Essen, Giradet.

Pyrhoönen, J., Jokinen, T., Hrabovcova, V. (2008): Design of rotating electrical machines. United Kingdom, Chichester: John Wiley & Sons Ltd.

Habetler, T. G., Divan, D. M. (1991): Acoustic noise reduction in sinusoidal PWM drives using a randomly modulated carrier. IEEE Trans. Power Electron., 6, 356–363.

Haaf, D., Johnen, M., Gold, P. W., Henneberger, G. (2003): Einfluss des Umrichterbetriebs auf das akustische Verhalten im drehzahlvariablen Gesamtsytem Drehstrommotor-Getriebe. FVA Forschungsheft 699, Forschungsvorhaben 309 II. Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA), erhältlich auf Anfrage.

Gieras, J. F., Wang, C., Cho Lai, J. (2006): Noise of polyphase electric motors. New York: CRC Press (Taylor & Francis Group).

Zeller, P. (2012): Handbuch Fahrzeugakustik. Grundlagen, Auslegung, Berechnung, Versuch. 2. überarbeitete Aufl. Wiesbaden: Vieweg+Teubner Verlag.

Genuit, K. (2010): In Sound-Engineering im Automobilbereich. Methoden zur Messung und Auswertung von Geräuschen und Schwingungen, Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Valavi, M., Nysveen, A., Nilsen, R., Le Besnerais, J., Devillers, E. (2017): Analysis of magnetic forces and vibration in a converter-fed synchronous hydrogenerator. In IEEE energy conversion congress and exposition (ECCE).

Herold, T., Franck, D., Böhmer, S., Schröder, M., Hameyer, K. (2015): Transientes Simulationsmodell für lokale Kraftanregungen elektrischer Antriebe. E&I, Elektrotech. Inf.tech., 132(1), 46–54.

Knaus, O., Schneider, J., Klarin, B. (2018): Simulation in der Entwicklung automotiver E-Maschinen. ATZ Extra (S. 32–37). Berlin: Springer. 05/2018.

Franck, D., Herold, T., Hameyer, K. (2013): Transient acoustic simulations of electrical drive-trains. In Conference on acoustics. AIA-DAGA 2013.

Bambton, M. C. C., Craig, R. R. Jr. (1968): Coupling of substructures for dynamic analyses. AIAA J., 6(7), 1313–1319.

Ewins, D. J. (2000): Modal testing: theory, practice and application. 2. ed. England: Research Studies Press Ltd.

Avitabile, P. (1998–2014): Back to basics: modal space. Our own little world. Article series. Springer.

Schwarzer, M. (2017): Structural dynamic modeling and simulation of acoustic sound emissions of electric traction motors. Ph.D. Dissertation, TU Darmstadt.

Rick, S., Wegerhoff, M., Klein, J., Hameyer, K., Jacobs, G., Vorländer, M. (2015): E-Motive NVH-Simulationsmodell: Modellbildung zur NVH-Simulation eines E-Motive Antriebsstrangs. FVA Forschungsheft 1130, Forschungsvorhaben 682 I. Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA), erhältlich auf Anfrage.

Wegerhoff, M. (2017): Methodik zur numerischen NVH Analyse eines elektrifizierten PKW Antriebsstrangs. Ph.D. Dissertation, RWTH Aachen University.

Herold, T., Lange, E., Hameyer, K. (2011): System simulation of a PMSM servo drive using field-circuit coupling. IEEE Trans. Magn., 47(5), 938–941.

Herold, T., Franck, D., Lange, E., Hameyer, K. (2011): Extension of a D-Q model of a permanent magnet excited synchronous machine by including saturation, cross-coupling and slotting effects. In Electric machines & drives conference (IEMDC). New York: IEEE International.

Frohne, H. (1968): Über den einseitigen magnetischen Zug in Drehfeldmaschinen. Arch. Elektrotech., 51(5), 300–308.

Jordan, H., Schroeder, R.-D., Seinsch, H. O. (1981): Zur Berechnung einseitig magnetischer Zugkräfte in Drehfeldmaschinen. Arch. Elektrotech., 63(2) 117–124.

Zhang, M., Macdonald, A., Tseng, K.-J. Burt, G. M. (2013): Magnetic equivalent circuit modeling for interior permanent magnet synchronous machine under eccentricity fault. In Power engineering conference (UPEC) (S. 1–10).

Lundin, U., Wolfbrandt, A. (2009): Method for modeling time-dependent nonuniform rotor/stator configurations in electrical machines. IEEE Trans. Magn., 45(7), 2009.

Piriou, F., Razek, A. (1990): A model for coupled magnetic-electric circuits in electric machines with skewed slots. IEEE Trans. Magn., 26(2), 1096–1100.

Williamson, S., Flack, T. J., Volschenk, A. F. (1994): Representation of skew in timestepped two-dimensional finite-element models of electrical machines. IEEE Ind. Appl., 31(5), 1009–1015

Jaeger, M., Rick, S., Hameyer, K. (2018): Current simulation of a controlled PMSM including skew and torsional rotor vibrations. In 2018 XIII international conference on electrical machines (ICEM), Griechenland.

Henrotte, F., Felden, M., van der Giet, M., Hameyer, K. (2019): Electromagnetic force computation with the Eggshell method. Proceedings of the 14th international symposium on numerical field calculation in electrical engineering. Graz: IGTE.

van der Giet, M., Franck, D., Henrotte, F., Hameyer, K. (2010): Comparative study of force computation methods for acoustic analyses of electrical machines. In Proceedings of the 14th international symposium on numerical field calculation in electrical engineering, IGTE.

Drichel, P., Jaeger, M., Müller-Giebeler, M. (2019): Mit elektrischem Antrieb und modellbasierter Systemanalyse nahezu lautlos in die Zukunft. ATZ Extra, 2019/24 (Suppl 5). Wiesbaden: Springer.

Drichel, P., Wischmann, S., Berroth, J., Jacobs, G. (2019): Modellierungsmethodik zur multiaxialen Abbildung des höherfrequenten Übertragungsverhaltens von Elastomerlagern in der NVH-Systemsimulation. Antriebstechnisches Kolloquium (ATK) 2019, Tagungsband 18.

Drichel, P., Berroth, J., Jacobs, G. (2018): Multi-domain simulation for the assessment of the NVH-behavior of electric vehicles with special attention to the influence of rotor eccentricity. In Dassault user conference 2018.