DE-102024112790-B4 - Verfahren zum Bewerten eines NVH-Verhaltens einer elektrischen Maschine mit einem geneigtem Rotor und/oder Stator und Recheneinheit

Abstract

Verfahren zum Bewerten eines NVH (Noise, Vibration, Harshness)-Verhaltens einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, mit einem geneigtem Rotor und/oder Stator, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Aufteilen der elektrischen Maschine in N Scheiben und Ordnen der Scheiben entsprechend ihrer axialen Position in der elektrischen Maschine, Bestimmen von elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) für jede Scheibe bei einer bestimmten Harmonischen, Berechnen einer gewichteten Summe (S0) aus den einzelnen elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) für die gesamte elektrische Maschine, wobei bei der gewichteten Summe (S0) die elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) entsprechend einem Anteil der Scheiben an der elektrischen Maschine gewichtet sind, Aufteilen der elektrischen Maschine in zwei Gruppen, die jeweils einer halben Länge der elektrischen Maschine entsprechen, und Berechnen einer jeweiligen gewichteten Summe (SD1_1, SD1_2) der einzelnen elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) für die zwei Gruppen, wobei bei den gewichteten Summen (SD1_1, SD1_2) die elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) entsprechend einem Anteil der Scheiben an der jeweiligen der zwei Gruppen gewichtet sind, Berechnen von Differenzen (S1_1, S1_2) gemäß der folgenden Formeln: S1_1 = SD1_1 − S0 , S1_2 = SD1_2 − S0 , Bestimmen einer durchschnittlichen Größe (S1) der Differenzen (S1_1, S1_2), Aufteilen der elektrischen Maschine in vier Gruppen, die jeweils einer viertelten Länge der elektrischen Maschine entsprechen, und Berechnen einer jeweiligen gewichteten Summe (SD2_1 bis SD2_4) der einzelnen elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) für die vier Gruppen, wobei bei den gewichteten Summen (SD2_1 bis SD2_4) die elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) entsprechend einem Anteil der Scheiben an der jeweiligen der vier Gruppe gewichtet sind, Berechnen von Differenzen (S2_1 bis S2_4) gemäß der folgenden Formeln: S2_1 = SD2_1 − S1_1 S2_2 = SD2_2 − S1_1 S2_3 = SD2_3 − S1_2 S2_4 = SD2_4 − S1_2 Bestimmen einer durchschnittlichen Größe (S2) der Differenzen (S2_1 bis S2_4), und Bewerten des NVH-Verhaltens der elektrischen Maschine anhand der Größe der gewichteten Summe (S0) und der durchschnittlichen Größen (S1 und S2).

Inventors

• Pierre Millithaler
• Alejandro Gonzalez Alonso

Assignees

• Schaeffler Technologies AG & Co. KG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20240507

Claims (10)

1. Verfahren zum Bewerten eines NVH (Noise, Vibration, Harshness)-Verhaltens einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, mit einem geneigtem Rotor und/oder Stator, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Aufteilen der elektrischen Maschine in N Scheiben und Ordnen der Scheiben entsprechend ihrer axialen Position in der elektrischen Maschine, Bestimmen von elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) für jede Scheibe bei einer bestimmten Harmonischen, Berechnen einer gewichteten Summe (S0) aus den einzelnen elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) für die gesamte elektrische Maschine, wobei bei der gewichteten Summe (S0) die elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) entsprechend einem Anteil der Scheiben an der elektrischen Maschine gewichtet sind, Aufteilen der elektrischen Maschine in zwei Gruppen, die jeweils einer halben Länge der elektrischen Maschine entsprechen, und Berechnen einer jeweiligen gewichteten Summe (SD1_1, SD1_2) der einzelnen elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) für die zwei Gruppen, wobei bei den gewichteten Summen (SD1_1, SD1_2) die elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) entsprechend einem Anteil der Scheiben an der jeweiligen der zwei Gruppen gewichtet sind, Berechnen von Differenzen (S1_1, S1_2) gemäß der folgenden Formeln: S1_1 = SD1_1 − S0 , S1_2 = SD1_2 − S0 , Bestimmen einer durchschnittlichen Größe (S1) der Differenzen (S1_1, S1_2), Aufteilen der elektrischen Maschine in vier Gruppen, die jeweils einer viertelten Länge der elektrischen Maschine entsprechen, und Berechnen einer jeweiligen gewichteten Summe (SD2_1 bis SD2_4) der einzelnen elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) für die vier Gruppen, wobei bei den gewichteten Summen (SD2_1 bis SD2_4) die elektromagnetischen Erregungen (sk1 bis sk5) entsprechend einem Anteil der Scheiben an der jeweiligen der vier Gruppe gewichtet sind, Berechnen von Differenzen (S2_1 bis S2_4) gemäß der folgenden Formeln: S2_1 = SD2_1 − S1_1 S2_2 = SD2_2 − S1_1 S2_3 = SD2_3 − S1_2 S2_4 = SD2_4 − S1_2 Bestimmen einer durchschnittlichen Größe (S2) der Differenzen (S2_1 bis S2_4), und Bewerten des NVH-Verhaltens der elektrischen Maschine anhand der Größe der gewichteten Summe (S0) und der durchschnittlichen Größen (S1 und S2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , das aufweist: Berechnen eines Winkels (alpha_o1) zwischen dem Vektor (S1_1, S0) und dem Vektor (S1_2, S0), wobei der Winkel (alpha_o1) bei der Bewertung des NVH-Verhaltens berücksichtigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 , das aufweist: Ausgeben einer Warnung, wenn der Winkel (alpha_o1) von 180° abweicht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , das aufweist: Berechnen eines Winkels (alpha_o2_1) zwischen dem Vektor (S2_1, S1_1) und dem Vektor (S2_2, S1_1), wobei der Winkel (alpha_o2_1) bei der Bewertung des NVH-Verhaltens berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , das aufweist: Berechnen eines Winkels (alpha_o2_2) zwischen dem Vektor (S2_3, S1_2) und dem Vektor (S2_4, S1_2), wobei der Winkel (alpha_o2_2) bei der Bewertung des NVH-Verhaltens berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , das aufweist: Berechnen eines Winkels (beta_o2) zwischen dem Vektor (S2_1, S2_2) und dem Vektor (S2_3, S1_4), wobei der Winkel (beta_o2) bei der Bewertung des NVH-Verhaltens berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , das aufweist: Ändern der Auslegung der elektrischen Maschine und erneutes Durchführen der Schritte des Verfahrens zum Bewerten des NVH-Verhaltens der geänderten Auslegung.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei das Verfahren für eine Mehrzahl von Harmonischen durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , das aufweist: Ausgeben der Auslegung der elektrischen Maschine, bei der das NVH-Verhalten optimiert ist oder die gewünschte Charakteristik aufweist, um die elektrische Maschine entsprechend herzustellen.
10. Recheneinheit, die ausgebildet und programmiert ist, das Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewerten, insbesondere Optimieren, eines NVH (Noise, Vibration, Harshness)-Verhaltens einer elektrischen Maschine mit einem geneigtem bzw. geschrägtem Rotor und/oder Stator und eine Recheneinheit, die ausgebildet und programmiert ist, das Verfahren auszuführen. Eine Berechnung von elektromagnetischen Kräften, die in einem Luftspalt zwischen Stator und Rotor einer elektrischen Maschine auftreten, ermöglicht die Erzeugung von Erregungsdatensätzen, die für eine weitere Analyse, z.B. Bewertung eines NVH-Verhaltens, verwendet werden. Zur Optimierung des NVH-Verhaltens einer elektrischen Maschine (z. B. zur Minimierung des Ansprechens auf Eigenmoden aufgrund bestimmter Harmonischen bzw. Oberschwingungen der elektromagnetischen Erregung) ist eine gängige Methode, einen Rotor und/oder eine Stator der elektrischen Maschine zu neigen bzw. schräg zu stellen. Wenn der Rotor und/oder der Stator geneigt sind, hilft es, zu verstehen und zu charakterisieren, wie die Harmonischen der Erregungskraft über alle Scheiben verteilt sind, um das NVH-Verhalten zu verbessern. Mehrere Artikel aus dem Stand der Technik befassen sich mit der Optimierung des NVH-Verhaltens von elektrischen Maschinen durch Optimierung einer Neigung von Rotor und/oder Stator:- Lee, C.M., Seol, H.S., Lee, J.Y., Lee, S.H. and Kang, D.W., 2017. Optimization of vibration and noise characteristics of skewed permanent brushless direct current motor. IEEE Transactions on Magnetics, 53(11), pp.1-5.- Howard, E., Kamper, M.J. and Gerber, S., 2015. Asymmetric flux barrier and skew design optimization of reluctance synchronous machines. IEEE Transactions on Industry Applications, 51(5), pp.3751-3760.- Lin, F., Zuo, S.G., Deng, W.Z. and Wu, S.L., 2018. Reduction of vibration and acoustic noise in permanent magnet synchronous motor by optimizing magnetic forces. Journal of Sound and Vibration, 429, pp.193-205.- Ponomarev, Pavel; Aarniovuori, Lassi; Keränen, Janne: Selection of optimal slice count for multi-slice analysis of skewed induction motors. In: IECON 2017 43rd Annual Conference Of The IEEE Industrial Electronic Society, 29 October 2017 - 01 November 2017. IEEE, 2017. S. 2149-2153. ISBN 978-1-5386-1127-2. Dieses Paper beschreibt ein Verfahren zum Bewerten eines NVH-Verhaltens einer elktrischen Maschine mit einem geneigten Rotor.- Gyselinck, Johan J. C.; Vandevelde, Lieven; Melkebeek, Jan A. A.: Multi-Slice FE Modeling Of Electrical Machines With Skewed Slots - The Skew Discretization Error. In: IEEE Transactions On Magnetics, Vol. 37, 2001, No. 5, S. 3233-3237. ISSN 0018-9464. Dieses Paper beschreibt ebenfalls ein Verfahren zum Bewerten eines NVH-Verhaltens einer elektrischen Maschine mit einem geneigten Rotor. Keine der genannten Studien beschreibt jedoch, wie die Erregungskräfte über die Scheiben verteilt werden sollen. Die Optimierung der elektromagnetischen Erregungen in einer elektrischen Maschine ist ein wesentlicher Aspekt bei der Verbesserung ihres NVH-Verhaltens. Typischerweise besteht dies in der Reduzierung der Amplitude der resultierenden Kraft aller Scheiben für eine bestimmte Harmonische der Erregungskräfte. Aber auch die Art und Weise, wie die Erregungskräfte über alle Scheiben eines geneigten Rotors und/oder Stators verteilt sind, hat einen erheblichen Einfluss auf das NVH-Verhalten der elektrischen Maschine. Daher stellt die Optimierung dieser Verteilung auch ein großes Potenzial bei der Optimierung des NVH-Verhaltens dar. Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik bereitzustellen, mit der eine einfache und angemessene Bewertung eines Einflusses einer elektromagnetischen Erregung auf ein NVH-Verhalten einer elektrischen Maschine ermöglicht wird. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Offenbart ist ein Verfahren zum Bewerten, insbesondere Optimieren, eines NVH (Noise, Vibration, Harshness)-Verhaltens einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Synchronmaschine, mit einem geneigtem Rotor und/oder Stator. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:Aufteilen der elektrischen Maschine in N Scheiben und Ordnen der Scheiben entsprechend ihrer axialen Position in der elektrischen Maschine. N wird dabei entsprechend der Anzahl von Scheiben, z.B. 5, festgelegt. Die Scheiben können Stacks entsprechen. Innerhalb der Stacks kann eine Neigung kontinuierlich sein. Zwischen nebeneinander angeordneten Stacks können jedoch eine unterschiedliche Neigung und/oder ein Winkelabstand vorgesehen sein. Stacks können für gewöhnlich für den Rotor verwendet werden. Die Stacks können dieselbe Abmessung oder eine unterschiedliche Dicke bzw. Abmessung in axialer Richtung der elektrischen Maschine aufweisen. Das Verfahren kann aber auch bei kontinuierlicher Neigung des Rotors und/oder Stators angewendet werden. Bei kontinuierlich geneigtem Rotor und/oder Stator kann