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Körperschallsimulation für elektrische Antriebe

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Electric Drive Acoustics inside ANSYS berechnet elektromagnetisch angeregte Motorgeräusche

​Entwickler elektrischer Antriebe werden vor immer höhere Anforderungen in Bezug auf die Geräuschentwicklung gestellt. Die Vorausberechnung der Vibration eines Motors ist daher ein wichtiges Werkzeug, um frühzeitig im Designprozess verschiedene Varianten zu vergleichen, akustische Labormessungen zu begleiten und langwierige Prototypphasen zu verkürzen.

Mit "Electric Drive Acoustics inside ANSYS" - einer CADFEM ANSYS Extension für die ANSYS-Mechanical-Umgebung - lässt sich der Geräuschpegel eines Motors aufgrund seiner magnetischen Luftspaltkräfte ermitteln.

ZIELGRUPPE

​Das Seminar richtet sich an Entwicklungsingenieure mit dem Schwerpunkt Elektromagnetik und/oder Strukturmechanik, die sich mit dem Design von Elektromotoren befassen und bereits in der Entwurfsphase Geräuschprognosen abgeben und geeignete Gegenmaßnahmen einleiten möchten.

IHR NUTZEN

​"Electric Drive Acoustics inside ANSYS" integriert die Analyseschritte zur Simulation des Geräuschpegels in leicht zu erlernenden Funktionen. Es ermöglicht Ihnen als Anwender, ganze Drehzahlbereiche zu erfassen und den Körperschallpegel (Equivalent Radiated Power - ERP) im bekannten Wasserfalldiagramm darzustellen. Daraus lassen sich "lautstarke" Arbeitspunkte und Frequenzen identifizieren.
Im Seminar vermitteln wir Ihnen neben der Handhabung des Werkzeugs auch die zugrunde liegende Analysetechnik sowie die Bereitstellung der dynamischen Luftspaltkräfte mit ANSYS Maxwell. Die Behandlung von Motoren mit Schrägung, die Transformation der Anregungen in den Frequenzbereich und die Ergänzung der Körperschallberechnung durch nachfolgende Luftschallanalysen vervollständigen den Inhalt.

Agenda

Tag 1

M1: Numerische Akustik für Elektromotoren

​Die Simulationsmethodik verstehen:

  • Anwendungsbereiche der Simulation mit Electric Drive Acoustics inside ANSYS
  • Übersicht über den Analyseablauf
  • Aufbau der FEM-Modelle
  • Definition und Berechnung des Körperschallpegels aus modalen Ergebnissen
  • Generation eines Wasserfalldiagramms (auch "Campbell-Diagramm")

M2: Workshop: Getting Started

​Sie praktizieren den grundlegenden Ablauf einer Analyse unter Anleitung:

  • Anwendung der Extension in ANSYS Mechanical
  • Sie lernen die Funktionen der Extension im Überblick kennen
  • an einem vorbereiteten Beispiel eines Synchronmotors (ohne Schrägung)
  • mit bereitgestellten elektromagnetischen Anregungskräften

M3: Elektromagnetische Anregungskräfte

​Die Luftspaltkräfte berechnen und übertragen:

  • Maxwell'scher Spannungstensor als Berechnungsgrundlage
  • Kompatible Datenformate
  • Demonstration: Berechnung mit ANSYS Maxwell am Beispiel des Synchronmotors

M4: Anregungskräfte unter der Lupe

Die Eigenschaften der Anregungskräfte analysieren und numerische bedingte Störungen minimieren:

  • Periodische Intervalle, Zeitschrittweite und Fouriertransformation
  • Kraftmusteranalyse durch zweidimensionale Fouriertransformation
  • Der Einfluss des FE-Netzes in der elektromagnetischen Berechnung

Tag 2

M5: Workshop: Electric Drive Acoustics im Detail

​Schauen Sie hinter die Kulissen der Extension:

  • Wie werden importierte Anregungskräfte an die gewünschten Orte im Modell angelegt?
  • Wie lassen sich aus den Anregungen weniger charakteristischer Ständerzähne die Anregungen im gesamten Luftspalt erzeugen?
  • Datenstuktur der Extension im ANSYS-Workbench-Projekt

M6: Konzepte für geschrägte Motoren

​Berücksichtigung der Variation der Luftspaltkräfte entlang der axialen Richtung:

  • Multi-Slice-Technik in ANSYS Maxwell für "schlanke" Ständerzahngeometrien (lange Motoren bzw. Motoren mit hoher Nutzahl)
  • Dreidimensionale Berechnung der Anregungskräfte

M7: Workshop: Synchronmotor mit Schrägung

Am vorbereiteten Beispiel wenden Sie das vorangehend Gelernte an:

  • Nutzung der Extension in ANSYS Mechanical

M8: Ausblick auf ergänzende Techniken

Ergänzende Techniken zur Geräuschsimulation:

  • Orthotrope Materialeigenschaften für Blechpakete und Wicklungen
  • Luftschallanalyse an geräuschkritischen Arbeitspunkten

TEILNEHMERHINWEIS

​​​Damit Sie die Theorie auch in die Praxis umsetzen können haben Sie die Möglichkeit nach Seminarende eine Trainingslizenz für "Electric Drive Acoustics inside ANSYS" für 3 Monate zu bekommen. Sprechen Sie uns gerne dazu an.

ERGÄNZENDE VERANSTALTUNGEN