1 增加電磁性能優(yōu)化目標(biāo)

電機(jī)電磁性能、效率、NVH等方面性能其實(shí)是一個(gè)矛盾的統(tǒng)一體，做過(guò)電機(jī)設(shè)計(jì)的小伙伴在設(shè)計(jì)電機(jī)各方面性能的時(shí)候或多或少都有過(guò)一些痛苦的經(jīng)歷，比如費(fèi)了九牛二虎之力把電機(jī)電磁和效率性能設(shè)計(jì)得很好了，但是NVH性能卻差強(qiáng)人意，反之亦然。其實(shí)，這些電機(jī)性能指標(biāo)之間就好比蹺蹺板，往往一頭下去了，另外一頭可能就起來(lái)了，這時(shí)候我們非常希望能夠找到一個(gè)完美的優(yōu)化方案可以兼顧所有的性能，但是理想很豐滿，現(xiàn)實(shí)很骨感。在對(duì)電機(jī)NVH性能進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，為兼顧電機(jī)其它性能指標(biāo)，我們?cè)贜OES軟件中增加了一些新的優(yōu)化目標(biāo)，以便在電機(jī)NVH優(yōu)化過(guò)程能夠平衡各方面的性能。

目前優(yōu)化軟件支持以下五大類(lèi)優(yōu)化目標(biāo)：

（1）軟件支持轉(zhuǎn)矩或齒槽轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)分析，提取轉(zhuǎn)矩波動(dòng)峰峰值、平均值、階次等作為優(yōu)化目標(biāo)（如某階轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)最低）；

（2）軟件支持電磁力密度數(shù)據(jù)分析，提取磁密，轉(zhuǎn)化成力密度，分解特定空間和頻率階次作為優(yōu)化目標(biāo)（如某階徑向電磁力密度最低）；

（3）軟件支持電磁力數(shù)據(jù)分析，提取電磁力波形，分解特定空間和頻率階次作為優(yōu)化目標(biāo)（如某階徑向電磁力最低）；

（4）軟件支持反電勢(shì)數(shù)據(jù)分析，提取反電勢(shì)波形及THD等，分解特定空間和頻率階次作為優(yōu)化目標(biāo)（如THD最低）；

（5）軟件支持鐵芯損耗數(shù)據(jù)分析，提取鐵芯損耗值等作為優(yōu)化目標(biāo)。

圖1 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)置 從上圖可以看出，ENOS在優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)量上沒(méi)有限制，可以根據(jù)實(shí)際需要添加任意多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)。

2 斜極優(yōu)化功能

在新能源車(chē)電機(jī)領(lǐng)域，幾乎所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)都會(huì)采用斜極方式以實(shí)現(xiàn)降低某些特定階次噪聲的目的，但是大多數(shù)電機(jī)設(shè)計(jì)人員在對(duì)電機(jī)進(jìn)行NVH優(yōu)化（如電磁力優(yōu)化）時(shí)都沒(méi)有考慮斜極，基本都是以直槽方式來(lái)進(jìn)行的，然后通過(guò)直槽獲得優(yōu)化方案再進(jìn)一步驗(yàn)證斜極后的優(yōu)化效果，當(dāng)然，這種曲線救國(guó)的方式也是一種解決問(wèn)題的手段，我們的試錯(cuò)經(jīng)驗(yàn)讓我們意識(shí)到，它在優(yōu)化方面存在一定的片面性，可能優(yōu)化出來(lái)的結(jié)果并不一定是最優(yōu)方案。

為了考慮電機(jī)斜極這一工程實(shí)際問(wèn)題，新版本增加了斜極優(yōu)化功能，可以根據(jù)實(shí)際需要通過(guò)勾選Skew達(dá)到考慮電機(jī)斜極優(yōu)化功能，比如在斜極狀態(tài)下對(duì)電磁力或轉(zhuǎn)矩等進(jìn)行優(yōu)化分析。

圖2 斜極優(yōu)化功能設(shè)置

3 支持異步電機(jī)優(yōu)化

近年來(lái)，有些新能源車(chē)主機(jī)廠開(kāi)始采用異步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，那么針對(duì)異步電機(jī)的NVH優(yōu)化需求也就提上日程，因此，隨著市場(chǎng)需求的變化，ENOS軟件除了支持對(duì)同步電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化外，新版本還新增了異步電機(jī)的優(yōu)化分析功能，在軟件中只需要在工況設(shè)置欄下方的下拉框選擇需要優(yōu)化的電機(jī)類(lèi)型即可，比如選擇同步電機(jī)或異步電機(jī)。

圖3 同步或異步電機(jī)優(yōu)化設(shè)置

4支持JMAG優(yōu)化接口

國(guó)內(nèi)盡管大多數(shù)電機(jī)廠或者新能源主機(jī)廠都選擇Maxwell軟件作為電磁仿真的首選軟件，但是由于JMAG軟件在網(wǎng)格劃分功能的強(qiáng)大性和參數(shù)化建模的便捷性等優(yōu)勢(shì)，仍然有相當(dāng)一部分用戶在使用JMAG軟件進(jìn)行電機(jī)電磁仿真分析，為響應(yīng)一些JMAG軟件用戶的需求，我們?cè)谛掳姹局虚_(kāi)發(fā)了JMAG軟件優(yōu)化接口，通過(guò)采用ENOS軟件與JMAG聯(lián)合，就可以輕松完成電磁優(yōu)化工作，在多樣選擇性上為客戶提供更大的可選項(xiàng)。

圖4 電磁軟件選項(xiàng)

5優(yōu)化目標(biāo)權(quán)重設(shè)置

大家在電機(jī)優(yōu)化問(wèn)題做得多了，不可避免的會(huì)遇到這種場(chǎng)景，比如在優(yōu)化計(jì)算到一定時(shí)間后發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的結(jié)果或者方向不是我們期望的結(jié)果，這個(gè)時(shí)候就想著是否可以暫停計(jì)算，調(diào)整某些參數(shù)，然后繼續(xù)計(jì)算。我們正是基于這樣的思想開(kāi)發(fā)了優(yōu)化目標(biāo)權(quán)重修改功能，支持優(yōu)化過(guò)程中目標(biāo)和參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)支持根據(jù)用戶偏好修改目標(biāo)權(quán)重，如存在多目標(biāo)時(shí)，客戶可以在計(jì)算的過(guò)程中選擇暫停計(jì)算后再次調(diào)整權(quán)重，修改不同目標(biāo)的權(quán)重值，可大大加速收斂時(shí)間和達(dá)到優(yōu)化效果的目的。

圖5 優(yōu)化目標(biāo)權(quán)重設(shè)置

6 工藝參數(shù)魯棒性分析功能

電機(jī)NVH分析優(yōu)化是個(gè)系統(tǒng)工程，當(dāng)我們解決了前期設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的NVH問(wèn)題，可能在量產(chǎn)階段還會(huì)出現(xiàn)新的NVH問(wèn)題，尤其是工藝參數(shù)如設(shè)計(jì)公差等對(duì)電機(jī)NVH有一定的影響，這也是導(dǎo)致同一批產(chǎn)線出來(lái)的電機(jī)在噪聲表現(xiàn)上存在較大差異的重要因素之一。為了對(duì)電機(jī)在量產(chǎn)階段的噪聲變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)分析，新版本中新增電機(jī)工藝參數(shù)離散及魯棒性分析，該功能可以幫助工程師了解電機(jī)在加工工藝公差影響下的噪聲變化預(yù)估值，以便評(píng)價(jià)工藝參數(shù)離散性對(duì)噪聲的影響，為電機(jī)量產(chǎn)可能出現(xiàn)的NVH問(wèn)題提供幫助。

工藝參數(shù)離散性在偏離設(shè)計(jì)尺寸的公差范圍內(nèi)隨機(jī)生成一定數(shù)量的模型，軟件支持三種隨機(jī)生成模型方式：正態(tài)分布、隨機(jī)分布、外部導(dǎo)入，下面將一一介紹這些功能。

6.1正態(tài)分布

我們都知道，由于制造誤差的原因，實(shí)際制造出來(lái)的電機(jī)產(chǎn)品尺寸一般都在偏離設(shè)計(jì)尺寸的公差范圍內(nèi)變動(dòng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，批量生產(chǎn)出來(lái)的電機(jī)尺寸大多呈正態(tài)分布。ENOS軟件將電機(jī)各設(shè)計(jì)尺寸參數(shù)定義為變量，按照正態(tài)分布的方式在尺寸公差范圍內(nèi)隨機(jī)生成變量的樣本數(shù)據(jù)，同時(shí)可以查看變量的正態(tài)分布情況，并可以得到它在不同區(qū)間的分布概率。然后計(jì)算這些樣本數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)下的各目標(biāo)值如電磁力、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等及相應(yīng)噪聲的概率分布情況，通過(guò)對(duì)結(jié)果的觀察和分析就可以提前預(yù)測(cè)量產(chǎn)后的報(bào)廢率情況，如果報(bào)廢率超標(biāo)，可以提前采取預(yù)防措施。

圖6 正態(tài)分布生成變量樣本數(shù)據(jù)

圖7設(shè)計(jì)變量正態(tài)分布示意圖

圖8 計(jì)算結(jié)果離散點(diǎn)圖

圖9計(jì)算結(jié)果正態(tài)分布示意圖

6.2 隨機(jī)分布

與前述正態(tài)隨機(jī)分布類(lèi)似，只是變量樣本生成過(guò)程完全是隨機(jī)的，軟件會(huì)隨機(jī)生成變量值區(qū)間內(nèi)的樣本數(shù)據(jù)，然后計(jì)算在這些樣本數(shù)據(jù)下的目標(biāo)值如電磁力、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等的概率分布情況。

圖10 隨機(jī)分布生成變量樣本

6.3 支持外部導(dǎo)入

支持外部導(dǎo)入模型變量數(shù)據(jù)，這里參數(shù)輸入方式比較開(kāi)放，可以按照參數(shù)化分析要求輸入也可以按照某特定函數(shù)方式輸入等，比如可以將某些尺寸參數(shù)或者斜極角度等進(jìn)行參數(shù)化并寫(xiě)入到excel中，然后選擇導(dǎo)入excel表格數(shù)據(jù)即可完成變量數(shù)據(jù)的外部定義，然后計(jì)算在這些樣本數(shù)據(jù)下的目標(biāo)值如電磁力、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)等的分布情況。

圖11 外部導(dǎo)入數(shù)據(jù)顯示

7支持在原優(yōu)化結(jié)果基礎(chǔ)上續(xù)算的功能

軟件在優(yōu)化迭代到某代計(jì)算終止后，通過(guò)修改模型設(shè)置參數(shù)后可以在原來(lái)優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算。

圖12 在某代計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上繼續(xù)計(jì)算

8支持計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入及查看功能

當(dāng)優(yōu)化完成后，計(jì)算結(jié)果將自動(dòng)同步保存在相應(yīng)的文件夾中，以便將來(lái)隨時(shí)打開(kāi)軟件并查看優(yōu)化結(jié)果。

圖13 計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入

9優(yōu)化目標(biāo)噪聲dB值顯示功能

軟件具備將優(yōu)化目標(biāo)值直接轉(zhuǎn)化為噪聲dB值顯示功能，即支持一鍵自動(dòng)將目標(biāo)值如轉(zhuǎn)矩、電磁力等轉(zhuǎn)化為dB值形式，方便直觀展示各目標(biāo)值的噪聲變化情況。

圖14 優(yōu)化目標(biāo)值dB顯示功能

審核編輯：劉清