3D-Laser-Doppler-Vibrometrie zur experimentellen Modalanalyse von elektrischen Maschinen

Abstract

The precise modeling of the structural dynamic behavior of electrical machines is relevant for the analysis of the noise behavior. According to the state of the art, it is not possible to predict the mechanical damping of an electrical machine. Therefore, damping parameters from experimental modal analysis are often used to represent the damping [1], [2]. Due to the structure of electrical machines, a high number of modes in the audible frequency range results and thus a correspondingly high number of measuring points is required for the unambiguous reconstruction of the vibration modes from an experimental modal analysis [4]. In [3], therefore, an experimental modal analysis of a complete electrical machine is performed for the first time. This measurement is done on a robot-assisted 3D laser Doppler vibrometer testbench. This experimental setup allows a spatial scanning of the machine up to the FE mesh discretization and thus a reconstruction of the vibration modes in the higher frequency range (e.g., > 5 kHz). In [3] challenges with the excitation of the structure using a shaker are discussed and a method to prepare the transfer functions for curve fitting algorithms is described. In this paper, an improved experimental setup is presented with which the signal-tonoise ratio is sufficient for a reliable damping estimation. The results of a damping estimation with two different curve fitting methods are presented. Furthermore, a strategy for dealing with structural dynamic nonlinear behaviors is described.

Die Modellierung des strukturdynamischen Verhaltens von elektrischen Maschinen ist für die Analyse des Geräuschverhaltens wichtig. Nach dem Stand der Technik ist es nicht möglich die mechanische Dämpfung einer elektrischen Maschine präzise vorherzusagen. Zur Abbildung der Dämpfung werden deshalb häufig Dämpfungsparameter aus der experimentellen Modalanalyse genutzt [1], [2]. Aufgrund des Aufbaus von elektrischen Maschinen ergibt sich eine hohe Modenanzahl im hörbaren Frequenzbereich und damit, zur eindeutigen Rekonstruktion der Schwingungsformen aus einer experimentellen Modalanalyse, eine entsprechend hohe benötigte Messpunktanzahl [4]. In [3] wird deshalb erstmalig eine experimentelle Modalanalyse einer vollständigen elektrischen Maschine auf einem robotergestützten 3D-Laser- Doppler-Vibrometrie-Prüfstand durchgeführt. Dieser Versuchsaufbau ermöglicht eine räumliche Abtastung der Maschine bis hin zur FE-Netz-Diskretisierung und damit eine Rekonstruktion der Schwingungsformen im höheren Frequenzbereich (> 5 kHz). In [3] wird weiter auf Herausforderungen bei der Messung insbesondere bei der Anregung der Struktur mit einem Shaker eingegangen und ein Verfahren zur Aufbereitung der Übertragungsfunktionen beschrieben.