Manatee でのシミュレーション
マルチフィジックス・ワークフロー向けの高速で正確なシミュレーション・モデル
Manatee での電気機械のシミュレーション
Manatee ソフトウェアには、迅速で正確な e-NVH 計算を行うための一連のツールがあります。迅速な電圧駆動シミュレーション用の高速電気回路モデルと、早期設計フェーズ評価用のハイブリッド磁気モデルが含まれています。このソフトウェアは FEA ツールと統合して、磁気と構造の詳細な解析を行い、ビーム要素と 3D FEA モデルに対応します。これらのモデルによりエンジニアは振動・騒音レベルを評価して、設計を最適化し、偏心や不均一な磁化などの製造上の許容値を組み込むことができます。このプラットフォームは、電気、機械、NVH のエンジニア間のコラボレーションを促進し、コンセプトと初期設計フェーズでの効率的で安定した e-NVH シミュレーションを可能にします。
高速で正確な e-NVH 計算
- 高速電気回路モデル
- 高速磁気モデル
- 有限要素磁気モデル
- ビーム要素モデル
- 有限要素構造モデル
- 高速半解析音響モデル
高速電気回路モデル
Manatee e-NVH ソフトウェアには、電圧駆動の電磁シミュレーションを実行する高速電気回路モデルが含まれています。このモデルを使用すると、過渡シミュレーションを行わずに、電圧入力から電流レベルを迅速に見積もることができます。これらは、定常状態の高調波等価電気回路(EEC)に基づいており、電圧/電流の伝達関数と、等価の抵抗とインダクタンスを示しています。
Fast EEC モデルを使用して、電気エンジニアが電圧制御法を直接入力できます。誘導機(動作点の関数としてスリップと相電圧の入力)や PWM 電圧インバーターのシミュレーションに特に役立ちます。
高速磁気モデル
Manatee e-NVH ソフトウェアには、標準的な磁気 FEA シミュレーションを高速化する独自のアルゴリズムに加えて、電気機械の早期設計フェーズで使用する高速ハイブリッド電磁モデルも含まれています。空隙磁束の分布を予測するこのハイブリッド磁気モデルは、透磁率/磁気起電力モデル、FEA 計算、または磁気抵抗モデルの組み合わせに依存しています(飽和効果をより正確に推定するなどのため)。これらを電流駆動または電圧駆動のシミュレーション・ワークフローで使用して、中間設計フェーズや詳細設計フェーズで使用される FEA 磁気モデルを補完する、磁力と構造モード間の主な相互作用をすばやく取得できます。
これらの高速磁気モデルは、 電気エンジニアが概念設計フェーズでさまざまな電気機械トポロジーをランク付けする際(IPMSM と SCIM の比較や異なるスロット/ポールの組み合わせなど)に使用できます。モデルパラメータ(高調波の数や離散化など)が Manatee によって自動的に定義されるため、これらの高速モデルは機械エンジニアや音響エンジニアが簡単に操作して、仮定シナリオを実行し、設計変数が磁力、振動、騒音に与える質的な影響を把握することもできます。
有限要素磁気モデル
Manatee には、空隙磁束インポート機能に加えて、ソルバー Opera による結合が含まれています。自動化されたスライドバンド、対称性の利用、並列化により、この非線形の静磁場 FEA の計算時間を短縮できます。すべての磁気モデルには、磁気 FEA シミュレーションを高速化する独自のアルゴリズムが組み込まれており、外挿/内挿手法と組み合わせた磁気参照テーブル(MLUT)に依存します。FEA ベースの MLUT は、電流駆動型または電圧駆動型のシミュレーション・ワークフローで使用して、磁気力と構造モード間の相互作用を正確に把握できます。これは、早期設計フェーズで使用できる高速磁気モデルを補完します。
これらの正確な磁気モデルは、 電気または電磁気の設計エンジニアが電気機械の磁気回路形状を反復する際に使用できます。磁気参照テーブル(MLUT)内のさまざまな動作点で磁気力の特性が評価されると、機械エンジニアまたは NVH エンジニアがこの MLUT をロードして、可変速度の e-NVH 計算を実行できます。構造設計を反復する際に、この MLUT を再利用して、磁気騒音と振動レベルについて機械設計の反復を加速させることができます。
ビーム要素モデル
Manatee e-NVH ソフトウェアは、ステーターのヨーク/ティース・システムのビーム要素モデルを使用して、電磁励起下で振動レベルを評価するための迅速な構造力学モデルを提供します。このモデルは、電気駆動の概念設計フェーズで、構造的な共振を回避し、ステーターの振動と騒音レベルを迅速に評価するために特に役立ちます。ステーターのティースの屈曲と、半径方向および円周方向の力の影響を考慮するため、インナー・ローター装置に適しています。電気エンジニアや機械エンジニアはこのモデルを使用して、磁気回路を最適化し、固有振動数を推定できます。詳細設計フェーズでは、Manatee の 3D モーダル・ベース・インポート機能と詳細 CAD モデルを使用して、詳細な計算ができます。
有限要素構造モデル
Manatee e-NVH コラボレーション型プラットフォームは、ローター、ステーター、ハウジング、ギヤボックス、ドライブライン、ベアリングなどの構成要素を含めて、電気駆動の 3D FEA メカニカル・モデルを使用した詳細な計算を可能にします。この詳細なモデリングは、迅速な解析モデルやビーム要素モデルより現実的なモードを提供するため、e-NVH 計算での許容誤差と不具合を考慮する上で不可欠です。
Manatee は、SIMULIA Abaqus などのサードパーティの 3D FEA ソフトウェアからモーダル・ベースをインポートし、固有の前処理を実行して e-NVH 計算時間を短縮できます。インポートされたモーダル・ベースは、磁気回路の修正により変更されない限り、可変速度シミュレーションやパラメータ・スイープで再使用できます。
3D FEA モデルにセンサーを含めて、加速度計の測定値と比較するために特定の領域で振動レベルを抽出したり、x、y、z 方向のノード振動を NVH 要件に対して評価したりできます。機械エンジニアは、3D メカニカル FEA モーダル・ベースをインポートできます。これは、電気エンジニアによる電磁モデルの反復や、NVH エンジニアによる可変速度要件チェックに使用できます。
高速半解析音響モデル
Manatee e-NVH ソフトウェアには 、電気機械の音響放射の高速半解析モデルが含まれており、さまざまな設計フェーズで使用できます。
早期設計フェーズでは、詳細な CAD モデルが使用できない場合、同等のシリンダー・シェル・モデルに基づいて、外部構造(ステーターやローター)の半解析放射係数モデルが提案されます。詳細設計フェーズで Manatee が複雑な 3D FEA モデルを使用する際の音響出力レベルの迅速な評価手段は、解析的な等価放射電力(ERP)モデルです。
電気エンジニアは、早期設計フェーズで同等の円筒形シェル・モデルを使用して、ラミネーション巻線アセンブリー(または外部ローターの磁気鋼アセンブリー)のメインの面内曲げモードによって放射される音響出力レベルを推定できます。機械エンジニアや音響エンジニアは、等価放射電力モデルを使用して、磁気励起による騒音レベルを推定できます。
製造上の許容値を含めた堅牢な設計
- 静的および動的偏心
- 不均一な空隙
- 不均一な磁化
3D の静的および動的偏心
Manatee ソフトウェアは、機械公差により、3D の静的および動的な偏心が電磁的な騒音・振動レベルに与える影響を評価します。これにより、ドライブ側と非ドライブ側両方の偏心レベルと位置の仕様を特定できます。
迅速な解析のために、Manatee は摂動手法を使用して、この偏心によって生じる寄生磁力を推定します。これは、低空隙変形に適しています。このメソッドは、磁気参照テーブルまたはサードパーティ製ソフトウェアからインポートした空隙磁束を使用して適用できます。
摂動手法は高周波磁力調和に対する偏心の影響を推定するのに役立ちますが、H1 での不平衡磁気吸引力など、特定の構成要素を過大評価または過小評価する可能性があります。機械エンジニアと電気エンジニアは、この機能を使用して 3D 偏心の影響を計算し、過度に保守的な機械公差を回避して、さまざまな電気機械の堅牢な e-NVH のランク付けを実行できます。Manatee で 3D FEA メカニカル・モデルを使用する場合は、偏心効果をモデル化して、寄生的な不平衡磁気吸引力と、構造や空気を伝搬する騒音への影響を考慮することをお勧めします。
不均一な空隙
Manatee ソフトウェアは、電磁的な騒音・振動レベルに対する機械公差により、ボアの半径が不均一な場合の影響を評価します。ユーザーは、楕円形の変形のようなパターンや、空隙幅に対するその大きさを指定できます。迅速な解析のために、Manatee は空隙磁束密度に摂動手法を使用して、3D 偏心によって生じる寄生磁力を推定します。この方法は、低空隙変形(空隙幅が最大 15%)に効果的であり、磁気参照テーブルまたはサードパーティ製ソフトウェアからインポートした空隙磁束と併用できます。
摂動手法により、機械エンジニアが騒音や振動に対する不均一な空隙の影響を評価して、過度に保守的な機械公差を回避できます。また、電気エンジニアが、ステーターの変形が騒音レベルにどのように影響するかを考慮して、さまざまな機械の堅牢な e-NVH のランク付けを実行することもできます。不均一な空隙は、セグメント化、溶接、シュリンク接合などの製造プロセスにより生じる場合があります。
不均一な磁化
Manatee ソフトウェアを使用すると、電磁的な騒音・振動レベルに対する、製造または組み立ての公差による不均一な磁化の影響を評価できます。すべての磁石に対してランダム摂動を設定できます。または、ユーザー定義の変位を各ポールの磁石ごとに個別に設定できます。
永久磁気励起は、製造時のばらつき、動作温度の違い、スロット内の位置の違いにより、不均一になる場合があります。
この機能により、 電気エンジニアは、電磁的な騒音・振動に対する不均一な磁化の影響を計算できます。過度に保守的な残留磁束許容値を回避できます。永久磁石ローターの外側の磁場測定値を使用して、不均一な磁化を指定できます。
また、 電気エンジニアがこの機能を使用して、さまざまな電気機械の堅牢な e-NVH のランク付けも実行できます。不均一な磁化がない場合、電気的な「machine A」は「machine B」よりも騒音が大きいかもしれませんが、不均一な磁化が 2% の場合、逆になります。
Manatee でのシミュレーションに関する FAQ
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