Simulation dans Manatee
Modèles de simulation rapides et précis pour les workflows multiphysiques
Simulation de machines électriques dans Manatee
Le logiciel Manatee offre une suite d'outils permettant d'effectuer des calculs e-NVH rapides et précis. Il inclut des modèles de circuits électriques équivalents pour des simulations rapides basées sur de la tension et des modèles magnétiques hybrides pour les évaluations en phase de conception. Le logiciel intègre des outils par éléments finis (FEA) pour des analyses magnétiques et structurelles détaillées, basées sur des modèles mécaniques de poutres et des modèles mécaniques FEA 3D. Ces modèles aident les ingénieurs à évaluer les niveaux de vibrations et de bruit, à optimiser les concepts et à intégrer les tolérances de fabrication telles que l'excentricité et la magnétisation non-uniforme. La plate-forme facilite la collaboration entre les ingénieurs en électricité, en mécanique et en NVH, permettant ainsi des simulations e-NVH efficaces et robustes dès la phase d'idéation et de conception préliminaire.
Calculs e-NVH rapides et précis
- Modèles de circuits électriques rapides
- Modèles magnétiques rapides
- Modèles magnétiques à éléments finis
- Modèle semi-analytique de poutre
- Modèles structurels à éléments finis
- Modèles acoustiques semi-analytiques rapides
Modèles de circuits électriques rapides
Le logiciel Manatee e-NVH inclut des modèles de circuits électriques rapides permettant d'effectuer des simulations électromagnétiques basées sur la tension. Ces modèles peuvent être utilisés pour estimer rapidement les niveaux de courant à partir des entrées de tension sans simulations transitoires. Ils sont basés sur des circuits électriques équivalents (EEC) harmoniques en régime stationnaire, décrivant les fonctions de transfert de tension/courant avec des résistances et des inductances équivalentes.
Les modèles EEC rapides peuvent être utilisés par les ingénieurs en génie électrique pour saisir directement la loi de contrôle en tension. Ils sont particulièrement utiles pour les machines à induction (entrée de tension de phase et de glissement en fonction du point de fonctionnement) et pour la simulation d'onduleurs de tension PWM.
Modèles magnétiques rapides
Outre des algorithmes propriétaires permettant d'accélérer les simulations FEA magnétiques standard, le logiciel Manatee e-NVH inclut également des modèles électromagnétiques hybrides rapides à utiliser lors de la phase de conception initiale des machines électriques. Ces modèles magnétiques hybrides prédisant la distribution du flux dans l'entrefer reposent sur la combinaison de modèles de perméance/force magnétomotrice, de calculs FEA ou de modèles à réluctance magnétique (par exemple, pour mieux estimer les effets de saturation). Ils peuvent être utilisés dans des workflows de simulation basés sur le courant ou la tension afin de capturer rapidement les principales interactions entre les forces magnétiques et les modes structurels, en complément des modèles magnétiques FEA utilisés lors de la phase de conception préliminaire ou détaillée.
Ces modèles magnétiques rapides peuvent être utilisés par les ingénieurs en génie électrique pour classer différentes topologies de machines électriques lors de la phase de conception (par exemple, pour comparer les moteurs IPMSM aux moteurs SCIM ou différentes combinaisons d'encoches/de pôles). Comme les paramètres du modèle (par exemple, le nombre d'harmoniques et la discrétisation) sont automatiquement définis par Manatee, ces modèles rapides peuvent également être facilement utilisés par les ingénieurs en mécanique ou en acoustique pour simuler des scénarios et obtenir une idée qualitative de l'influence des variables de conception sur les forces magnétiques, les vibrations et le bruit.
Modèles magnétiques à éléments finis
Manatee inclut un couplage avec le solveur OPERA, en plus de la fonction d'import du flux dans l'entrefer Les bandes coulissantes automatisées, les symétries et la parallélisation permettent de réduire le temps de calcul de cette analyse par éléments finis magnétostatique non linéaire. Tous les modèles magnétiques intègrent des algorithmes propriétaires permettant d'accélérer les simulations FEA magnétiques, qui s'appuient sur des tables de consultation magnétique (MLUT) combinées à des techniques d'extrapolation/interpolation. Les MLUT basées sur la FEA peuvent être utilisées dans des workflows de simulation basés sur le courant ou la tension afin de capturer avec précision les interactions entre les forces magnétiques et les modes structurels, en complément des modèles magnétiques rapides qui peuvent être utilisés lors de la phase de conception initiale.
Ces modèles magnétiques précis peuvent être utilisés par les ingénieurs en génie électrique ou électromagnétique lors de l'itération de la géométrie du circuit magnétique de la machine électrique. Une fois que les forces magnétiques ont été caractérisées à différents points de fonctionnement dans une table de consultation magnétique (MLUT), cette MLUT peut être chargée par les ingénieurs en mécanique ou les ingénieurs NVH pour effectuer des calculs e-NVH à vitesse variable. Lors de l'itération de la conception structurelle, cette MLUT peut être réutilisée, ce qui accélère les itérations de conception mécanique pour les niveaux de bruit et de vibrations magnétiques.
Modèle semi-analytique de poutresemi-
Le logiciel Manatee e-NVH offre un modèle de mécanique structurelle rapide pour évaluer les niveaux de vibrations sous excitations électromagnétiques, en utilisant le modèle semi-analytique de poutre pour le système de culasse/dents du stator. Ce modèle est particulièrement utile pendant la phase de conception des entraînements électriques pour éviter les résonances structurelles et évaluer rapidement les niveaux de vibration et de bruit du stator. Il est préférable pour les machines à rotor interne, car il tient compte de la flexion des dents du stator et de l'impact des forces radiales et circonférentielles. Les ingénieurs en génie électrique et en mécanique peuvent utiliser ce modèle pour optimiser le circuit magnétique et estimer les fréquences naturelles. Au cours de la phase de conception détaillée, les calculs peuvent être affinés à l'aide de la fonction d'import de base modale 3D de Manatee à partir d'un modèle FEA détaillé.
Modèles structurels à éléments finis
La plate-forme collaborative e-NVH Manatee permet d'effectuer des calculs détaillés à l'aide d'un modèle mécanique FEA 3D du moteur électrique, comprenant des composants tels que le rotor, le stator, le carter, la boîte de vitesses, la transmission et les roulements. Cette modélisation détaillée fournit des modes plus réalistes que les modèles analytiques rapides ou les modèles semi-analytiques avec éléments poutre, et est essentielle pour prendre en compte les tolérances et les défauts dans les calculs e-NVH.
Manatee peut importer une base modale à partir d'un logiciel tiers d'analyse par éléments finis 3D, tel que SIMULIA Abaqus, et effectuer un prétraitement unique pour réduire le temps de calcul e-NVH. La base modale importée peut être réutilisée dans des simulations à vitesse variable ou des balayages de paramètres, à condition que les modifications du circuit magnétique ne la modifient pas.
Le modèle FEA 3D peut inclure des capteurs pour extraire les niveaux de vibrations dans des zones spécifiques en vue de les comparer aux mesures de l'accéléromètre ou d'évaluer les vibrations nodales dans les directions x, y et z par rapport aux requis NVH. Les ingénieurs en mécanique peuvent importer la base modale de FEA mécanique 3D, qui peut ensuite être utilisée par les ingénieurs en génie électrique pour les itérations de modèles électromagnétiques ou par les ingénieurs NVH pour les vérifications des exigences de vitesse variable.
Modèles acoustiques semi-analytiques rapides
Le logiciel Manatee e-NVH inclut des modèles semi-analytiques rapides du rayonnement acoustique des machines électriques, qui peuvent être utilisés dans différentes phases de conception.
Lors de la phase de conception initiale, lorsqu'aucun modèle maillé FEA détaillé n'est disponible, certains modèles semi-analytiques de facteur de rayonnement de la structure externe (stator ou rotor) sont proposés basés sur des modèles de cylindres équivalents. Au cours de la phase de conception détaillée, lorsque Manatee utilise un modèle FEA 3D complexe, le modèle analytique de puissance rayonnée équivalente (ERP) constitue un moyen rapide d'évaluer le niveau de puissance acoustique.
Les ingénieurs en génie électrique peuvent utiliser les modèles de coques cylindriques équivalents au début de la phase de conception pour estimer le niveau de puissance acoustique rayonné par les principaux modes de flexion dans le plan de l'ensemble lamination/bobinage (ou de l'ensemble acier/aimant pour les rotors externes). Les ingénieurs en mécanique et en acoustique peuvent utiliser le modèle puissance rayonnée équivalente pour estimer le niveau sonore dû aux excitations magnétiques.
Conception robuste avec tolérances de fabrication
- Excentricités statiques et dynamiques
- Entrefer non uniforme
- Magnétisation non uniforme
Excentricités statiques et dynamiques 3D
Le logiciel Manatee évalue l'impact des excentricités statiques et dynamiques 3D sur les niveaux de bruit et de vibrations électromagnétiques dus aux tolérances mécaniques. Il permet de spécifier les niveaux et les positions d'excentricité aux extrémités motrices et non motrices.
Pour une analyse rapide, Manatee utilise une technique de perturbation pour estimer les forces magnétiques parasites causées par ces excentricités, adaptée aux déformations faibles de l'entrefer. Cette méthode peut être appliquée avec une MLUT ou avec un flux d'entrefer importé à partir d'un logiciel tiers.
La technique de perturbation permet d'estimer l'effet de l'excentricité sur les harmoniques de force magnétique à haute fréquence, mais peut surestimer ou sous-estimer certains composants, tels que le déséquilibre magnetique (UMP) à H1. Les ingénieurs en mécanique et en génie électrique peuvent utiliser cette fonction pour calculer l'impact des excentricités 3D, en évitant les tolérances mécaniques trop restreintes et en effectuant un classement e-NVH fiable des différentes machines électriques. Il est recommandé de modéliser les effets d'excentricité lors de l'utilisation d'un modèle mécanique FEA 3D dans Manatee afin de tenir compte de la traction magnétique déséquilibrée parasite et de son influence sur le bruit dans la structure et dans l'air.
Entrefer non uniforme
Le logiciel Manatee évalue l'impact d'un rayon d'alésage non uniforme dû aux tolérances mécaniques sur les niveaux de bruit et de vibrations électromagnétiques. Les utilisateurs peuvent spécifier des schémas tels que la déformation elliptique et leur ampleur par rapport à la largeur de l'entrefer. Pour une analyse rapide, Manatee utilise une technique de perturbation sur la densité de flux de l'entrefer afin d'estimer les forces magnétiques parasites causées par les excentricités 3D. Cette méthode est efficace pour les déformations faibles de l'entrefer (jusqu'à 15 % de la largeur de l'entrefer) et peut être utilisée avec une MLUT ou avec un flux d'entrefer importé à partir d'un logiciel tiers.
La technique de perturbation aide les ingénieurs en mécanique à évaluer les effets d'un entrefer irrégulier sur le bruit et les vibrations, en évitant des tolérances mécaniques trop restrictives. Elle permet également aux ingénieurs en génie électrique d'effectuer un classement e-NVH robuste de différentes machines, en tenant compte de l'impact des déformations du stator sur les niveaux de bruit. Un entrefer non uniforme peut résulter de processus de fabrication tels que la segmentation, le soudage ou le frettage.
Magnétisation non uniforme
Le logiciel Manatee vous permet d'évaluer l'effet d'une magnétisation non uniforme due aux tolérances de fabrication ou d'assemblage sur les niveaux de bruit et de vibrations électromagnétiques. Une perturbation aléatoire peut être définie pour tous les aimants, ou une variation définie par l'utilisateur peut être définie séparément pour chaque aimant de chaque pôle.
Les excitations des aimants permanents peuvent être inégales en raison de variations de fabrication, des différentes températures de fonctionnement, des différentes positions dans les fentes, etc.
Cette fonction permet aux ingénieurs en génie électrique de calculer l'effet d'une magnétisation inégale sur le bruit et les vibrations électromagnétiques. Il est ainsi possible d'éviter des valeurs trop restrictives pour les tolérances de flux rémanent. Une magnétisation non uniforme peut être spécifiée à l'aide de certaines mesures du champ magnétique à l'extérieur du rotor à aimants permanents.
Cette fonction permet également aux ingénieurs en génie électrique d'effectuer un classement e-NVH robuste de différentes machines électriques. Une « machine électrique A » peut être plus bruyante qu'une « machine B » sans magnétisation non uniforme, tandis que l'inverse se produit avec une magnétisation non uniforme de 2 %.
FAQ sur la simulation dans Manatee
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