对电机电磁噪声优化软件ENOS主要升级功能进行详细介绍

1 增加电磁性能优化目标

电机电磁性能、效率、NVH等方面性能其实是一个矛盾的统一体，做过电机设计的小伙伴在设计电机各方面性能的时候或多或少都有过一些痛苦的经历，比如费了九牛二虎之力把电机电磁和效率性能设计得很好了，但是NVH性能却差强人意，反之亦然。其实，这些电机性能指标之间就好比跷跷板，往往一头下去了，另外一头可能就起来了，这时候我们非常希望能够找到一个完美的优化方案可以兼顾所有的性能，但是理想很丰满，现实很骨感。在对电机NVH性能进行优化时，为兼顾电机其它性能指标，我们在NOES软件中增加了一些新的优化目标，以便在电机NVH优化过程能够平衡各方面的性能。

目前优化软件支持以下五大类优化目标：

（1）软件支持转矩或齿槽转矩数据分析，提取转矩波动峰峰值、平均值、阶次等作为优化目标（如某阶转矩脉动最低）；

（2）软件支持电磁力密度数据分析，提取磁密，转化成力密度，分解特定空间和频率阶次作为优化目标（如某阶径向电磁力密度最低）；

（3）软件支持电磁力数据分析，提取电磁力波形，分解特定空间和频率阶次作为优化目标（如某阶径向电磁力最低）；

（4）软件支持反电势数据分析，提取反电势波形及THD等，分解特定空间和频率阶次作为优化目标（如THD最低）；

（5）软件支持铁芯损耗数据分析，提取铁芯损耗值等作为优化目标。

图1 多目标优化设置 从上图可以看出，ENOS在优化目标的数量上没有限制，可以根据实际需要添加任意多个优化目标。

2 斜极优化功能

在新能源车电机领域，几乎所有驱动电机都会采用斜极方式以实现降低某些特定阶次噪声的目的，但是大多数电机设计人员在对电机进行NVH优化（如电磁力优化）时都没有考虑斜极，基本都是以直槽方式来进行的，然后通过直槽获得优化方案再进一步验证斜极后的优化效果，当然，这种曲线救国的方式也是一种解决问题的手段，我们的试错经验让我们意识到，它在优化方面存在一定的片面性，可能优化出来的结果并不一定是最优方案。

为了考虑电机斜极这一工程实际问题，新版本增加了斜极优化功能，可以根据实际需要通过勾选Skew达到考虑电机斜极优化功能，比如在斜极状态下对电磁力或转矩等进行优化分析。

图2 斜极优化功能设置

3 支持异步电机优化

近年来，有些新能源车主机厂开始采用异步电机作为驱动电机，那么针对异步电机的NVH优化需求也就提上日程，因此，随着市场需求的变化，ENOS软件除了支持对同步电机进行优化外，新版本还新增了异步电机的优化分析功能，在软件中只需要在工况设置栏下方的下拉框选择需要优化的电机类型即可，比如选择同步电机或异步电机。

图3 同步或异步电机优化设置

4 支持JMAG优化接口

国内尽管大多数电机厂或者新能源主机厂都选择Maxwell软件作为电磁仿真的首选软件，但是由于JMAG软件在网格划分功能的强大性和参数化建模的便捷性等优势，仍然有相当一部分用户在使用JMAG软件进行电机电磁仿真分析，为响应一些JMAG软件用户的需求，我们在新版本中开发了JMAG软件优化接口，通过采用ENOS软件与JMAG联合，就可以轻松完成电磁优化工作，在多样选择性上为客户提供更大的可选项。

图4 电磁软件选项

5 优化目标权重设置

大家在电机优化问题做得多了，不可避免的会遇到这种场景，比如在优化计算到一定时间后发现优化的结果或者方向不是我们期望的结果，这个时候就想着是否可以暂停计算，调整某些参数，然后继续计算。我们正是基于这样的思想开发了优化目标权重修改功能，支持优化过程中目标和参数的实时显示，同时支持根据用户偏好修改目标权重，如存在多目标时，客户可以在计算的过程中选择暂停计算后再次调整权重，修改不同目标的权重值，可大大加速收敛时间和达到优化效果的目的。

图5 优化目标权重设置

6 工艺参数鲁棒性分析功能

电机NVH分析优化是个系统工程，当我们解决了前期设计环节的NVH问题，可能在量产阶段还会出现新的NVH问题，尤其是工艺参数如设计公差等对电机NVH有一定的影响，这也是导致同一批产线出来的电机在噪声表现上存在较大差异的重要因素之一。为了对电机在量产阶段的噪声变化情况进行预测统计分析，新版本中新增电机工艺参数离散及鲁棒性分析，该功能可以帮助工程师了解电机在加工工艺公差影响下的噪声变化预估值，以便评价工艺参数离散性对噪声的影响，为电机量产可能出现的NVH问题提供帮助。

工艺参数离散性在偏离设计尺寸的公差范围内随机生成一定数量的模型，软件支持三种随机生成模型方式：正态分布、随机分布、外部导入，下面将一一介绍这些功能。

6.1 正态分布

我们都知道，由于制造误差的原因，实际制造出来的电机产品尺寸一般都在偏离设计尺寸的公差范围内变动，据统计，批量生产出来的电机尺寸大多呈正态分布。ENOS软件将电机各设计尺寸参数定义为变量，按照正态分布的方式在尺寸公差范围内随机生成变量的样本数据，同时可以查看变量的正态分布情况，并可以得到它在不同区间的分布概率。然后计算这些样本数据对应下的各目标值如电磁力、转矩脉动等及相应噪声的概率分布情况，通过对结果的观察和分析就可以提前预测量产后的报废率情况，如果报废率超标，可以提前采取预防措施。

图6 正态分布生成变量样本数据

图7 设计变量正态分布示意图

图8 计算结果离散点图

图9 计算结果正态分布示意图

6.2 随机分布

与前述正态随机分布类似，只是变量样本生成过程完全是随机的，软件会随机生成变量值区间内的样本数据，然后计算在这些样本数据下的目标值如电磁力、转矩脉动等的概率分布情况。

图10 随机分布生成变量样本

6.3 支持外部导入

支持外部导入模型变量数据，这里参数输入方式比较开放，可以按照参数化分析要求输入也可以按照某特定函数方式输入等，比如可以将某些尺寸参数或者斜极角度等进行参数化并写入到excel中，然后选择导入excel表格数据即可完成变量数据的外部定义，然后计算在这些样本数据下的目标值如电磁力、转矩脉动等的分布情况。

图11 外部导入数据显示

7 支持在原优化结果基础上续算的功能

软件在优化迭代到某代计算终止后，通过修改模型设置参数后可以在原来优化结果的基础上继续进行计算。

图12 在某代计算结果基础上继续计算

8 支持计算结果导入及查看功能

当优化完成后，计算结果将自动同步保存在相应的文件夹中，以便将来随时打开软件并查看优化结果。

图13 计算结果导入

9 优化目标噪声dB值显示功能

软件具备将优化目标值直接转化为噪声dB值显示功能，即支持一键自动将目标值如转矩、电磁力等转化为dB值形式，方便直观展示各目标值的噪声变化情况。

图14 优化目标值dB显示功能

审核编辑：刘清