Abstract
This paper deals with the determination of electromagnetic forces in permanent magnet synchronous machines (PMSMs) and their influence on the noise, vibration, and harshness (NVH) behavior of a drive system. Electromagnetic forces, i.e., forces in the stator teeth and the rotor, can be determined by evaluating the air gap flux density. The air gap flux density is obtained through a time-dependent FE simulation and can be presented as a 2D matrix over time and space. The time and spatial harmonics of this matrix are calculated with the complex 2D FFT. The results are illustrated as clear bubble plots, which make it easy to determine critical harmonics. Moreover, the identified problematic harmonics are plotted either over the complete torque speed map or over the currents id and iq. The latter representation can be used to determine NVH-optimized id∕iq combinations that deviate from the usual MTPA (maximum torque per ampere) current combinations.
Zusammenfassung
Diese Veröffentlichung beschäftigt sich mit der Bestimmung von elektromagnetischen Kräften in permanentmagneterregten Synchronmaschinen (PMSMs) und ihrem Einfluss auf das NVH-Verhalten eines Antriebssystems. Die elektromagnetischen Kräfte, die in den Statorzähnen und auf den Rotor wirken, können über die Luftspaltflussdichte bestimmt werden. Dabei wird diese mittels transienter Finite-Elemente-Simulation bestimmt und als 2D-Matrix über Zeit und Raum dargestellt. Die zeitlichen und räumlichen Harmonischen dieser Matrix werden dann mittels komplexer 2D-FFT berechnet. Die Ergebnisse werden anschließend als übersichtliche Blasendiagramme dargestellt, mit deren Hilfe sehr leicht kritische Harmonische bestimmt werden können. Darüber hinaus werden die problematischen Harmonischen zum einen über dem ganzen Drehmoment-Drehzahl-Diagramm dargestellt, zum anderen über das komplette id/iq-Stromkennfeld. Dabei kann die Darstellung über id/iq dazu dienen, NVH-optimierte id/iq-Stromkombinationen zu finden, die von den üblichen MTPA(Maximales Drehmoment pro Ampere)-Kombinationen abweichen.
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Boehm, A., Burkhardt, Y. Determination of noise, vibration, and harshness (NVH)-relevant electromagnetic forces in PMSMs. Elektrotech. Inftech. 140, 375–381 (2023). https://doi.org/10.1007/s00502-023-01138-0
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