Manatee to wyspecjalizowane oprogramowanie, które zostało zaprojektowane do rozwiązywania problemów związanych z e-NVH (elektromagnetycznym NVH) w napędach elektrycznych. Jest to kompleksowe rozwiązanie, które pozwala inżynierom oceniać i minimalizować hałas oraz wibracje maszyn elektrycznych, powstałe w wyniku oddziaływania pól elektromagnetycznych.
Hałas akustyczny i wibracje pochodzą z dynamicznie zmiennych sił pochodzenia mechanicznego, aerodynamicznego i magnetycznego.
Manatee to unikalne, kompleksowe narzędzie do analiz e-NVH, który ułatwia ocenę i minimalizację hałasu oraz wibracji w napędach elektrycznych wywołanych siłami magnetycznymi w układach elektrycznych. Jest dedykowane dla inżynierów elektryków, mechaników i akustyków. Stosowane jest od fazy koncepcji do wstępnego projektu, pozwalając skrócić czas rozwoju, koszty prototypowania i ryzyka związane z e-NVH.
W odróżnieniu od narzędzi ogólnego przeznaczenia wykorzystywanych w analizach NVH (takich jak CST, Abaqus, Simpack, Wave6, Ansys), Manatee koncentruje się na obciążeniach elektromagnetycznych i strukturalnej dynamice liniowej. Manatee analizuje zjawisko hałasu akustycznego, wibracje maszyny elektrycznej lub napędu elektrycznego, spowodowane siłami magnetycznymi na podstawie definicję i geometrii obwodów sterowania i magnetycznego, wykorzystując algorytmy dedykowane e-NVH. Dzięki temu czasy analiz są ~1000 razy krótsze niż w przypadku stosowania rozwiązań ogólnego przeznaczenia obliczeniach.
Manatee wspiera różnorodne topologie maszyn elektrycznych, w tym takie typy jak:
Manatee wykorzystuje dedykowane algorytmy do rozwiązywania problemów związanych z e-NVH:
Jest to funkcja, która pozwala na identyfikację sygnatury częstotliwości (częstotliwości, liczb falowych) sił magnetycznych bez konieczności wykonywania obszernych obliczeń. Umożliwia jakościową ocenę ryzyka e-NVH na podstawie tego, że najwyższe poziomy wibracji są generowane przez najniższe liczby falowe wzbudzeń magnetycznych. Dzięki MFSA można szybko porównywać różne kombinacje szczelin/biegunów lub topologie maszyn (np. maszyny indukcyjne vs. maszyny synchroniczne) bez uruchamiania obliczeń FEA. Pomaga scharakteryzować wzbudzenia magnetyczne zarówno w przypadku obwodu otwartego, jak i pod obciążeniem, analizując pochodzenie sił magnetycznych. Harmoniczne strumienia można dalej rozłożyć na iloczyn permeancji i harmonicznych sił magnetomotorycznych, w celu lepszego zrozumienia wpływu rozłożenia uzwojenia w odniesieniu e-NVH.
Ta analiza pozwala na identyfikację, które tryby strukturalne / pary obciążeń magnetycznych najprawdopodobniej przyczynią się najbardziej do hałasu lub wibracji w rezonansie, bez konieczności uruchamiania obliczeń elektromagnetycznych. Obliczenia MCLC są niezależne od punktu pracy, ponieważ zakładają dopasowanie częstotliwości wzbudzającej przypadku obciążenia do każdej częstotliwości naturalnej. Manatee wykorzystuje MCLC również do filtrowania i wyświetlania najbardziej istotnych trybów w spektrogramach.
Manatee wykorzystuje 2.5D Finite Element Analysis (FEA) do obliczania wydajności elektromagnetycznych maszyn elektrycznych. Dla maszyn indukcyjnych stosuje również techniki półanalityczne, takie jak metoda siły magnetomotorycznej (PMMF) oraz FEA sterowana obwodem (Circuit-Driven FEA), aby zrównoważyć dokładność i czas obliczeń. Manatee optymalizuje liczbę obliczeń magnetycznych i wykorzystuje techniki interpolacji do skrócenia czasu obliczeń. Na przykład, w jednym scenariuszu, zredukowano liczbę obliczeń magnetycznych ze 100 do 16, uwzględniając nieliniowe czynniki magnetostatyczne i różne pozycje wirnika. Oblicza tensor naprężeń Maxwella, siły wzbudzające na końcówkach zębów stojana i siły po stronie wirnika.
Manatee umożliwia optymalizację wieloobiektową (np. minimalizację poziomu hałasu przy jednoczesnej maksymalizacji momentu obrotowego). Wykorzystuje algorytm genetyczny NSGA2 (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II), który jest efektywny w znajdowaniu optymalnych rozwiązań, nawet w przypadku wielu lokalnych minimów w odpowiedzi e-NVH. Algorytmy genetyczne są w stanie znaleźć optymalne rozwiązania, w przeciwieństwie do algorytmów gradientowych, które mogą zawieść w przypadku problemów z wieloma lokalnymi minimami. Pozwala to na definiowanie zmiennych projektowych mieszanych (całkowitych i ciągłych) oraz wieloobiektowych celów (np. maksymalizacja momentu obrotowego, minimalizacja NVH, maksymalizacja wydajności) z uwzględnieniem ograniczeń (np. wymagań NVH, wymagań dotyczących pulsacji momentu obrotowego).
Manatee oferuje dedykowane techniki redukcji hałasu i wibracji magnetycznych:
Manatee umożliwia szybkie przeprowadzanie analiz DoE, np. wydajnościową pod kontem parametrów NVH vs parametry elektromagnetyczne. Pozwala na zdefiniowanie przemiatania parametrycznego przestrzeni rozwiązań (parameter sweeps) i optymalizacji wielokryterialnej. Bazując na koncepcji frontu Pareto, można znaleźć optymalne rozwiązania, np. minimalizując poziom hałasu przy zachowaniu akceptowalnego poziomu momentu obrotowego. Wykorzystuje algorytmy genetyczne, takie jak NSGA2, do znajdowania optymalnych rozwiązań. Oferuje dedykowane narzędzie Design Explorer, które pomaga w eksploracji frontu Pareto i wyborze optymalnych wariantów projektu.
Manatee może być integrowany z innymi produktami SIMULIA (np. CST/Opera, Abaqus, Simpack, Wave6) w celu bardziej szczegółowych obliczeń. Manatee nie zawiera własnego solwera mechanicznego metody elementów skończonych (MES). Manatee pozwala na użycie trzech typów modeli mechanicznych:
W tym ostatnim scenariuszu scenariuszu, taki realistyczny trójwymiarowy model mechaniczny MES całego zespołu napędu elektrycznego przygotowywany jest np. w Abaqus, a następnie jego zlinearyzowana postać modalna, zaimportowane do Manatee, pozwala na przeprowadzenie obliczeń strukturalnych.
Analizy hałasu magnetycznego z Manatee można łączyć z analizami hałasu przekładni z Simpacka. Manatee może importować dane o hałasie przekładni do ogólnej analizy połączonego hałasu magnetycznego i mechanicznego, ale to Simpack w takim tandemie jest przeznaczony do analizy hałasu przekładni spowodowanego siłami tarcia.
SIMULIA Manatee to specjalistyczne oprogramowanie do analiz i optymalizacji konstrukcji napędów elektrycznych pod kątem hałasu oraz wibracji pochodzenia elektromagnetycznego (e-NVH), skierowane do inżynierów elektryków, mechaników i akustyków. Oprogramowanie to pozwala na kompleksową, szybką i dokładną ocenę i minimalizacji hałasu, oferując narzędzia do identyfikacji pierwotnych przyczyn rezonansów oraz dedykowane techniki redukcji hałasu, takie jak modyfikacje geometrii (np. wycięcia, skoszenie wirnika) czy wtrysk prądów harmonicznych. Manatee wykorzystuje analityczne lub półanalityczne modele mechaniczne przydatne we wczesnych fazach projektowania, oraz umożliwia import reprezentacji modalnych z zewnętrznych programów MES 3D, takich jak Abaqus dla szczegółowych analiz. Manatee dzięki szybkim algorytmom i automatyzacji definicji modeli znacząco skraca cykl rozwoju produktu, minimalizuje koszty prototypowania i ryzyko problemów w obszarze NVH dla napędów elektrycznych.