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純電動汽車永磁同步電機引起車內嘯叫的分析及優(yōu)化
2020-02-19 23:31:22· 來源：EDC電驅未來 作者：朱建
本文以某純電動汽車開發(fā)過程中在減速能量回收工況車內電磁嘯叫聲的優(yōu)化過程為例，考慮了驅動電機高階諧頻激勵對整車NVH性能的影響，并對電機定子繞組進行優(yōu)化，
本文以某純電動汽車開發(fā)過程中在減速能量回收工況車內電磁嘯叫聲的優(yōu)化過程為例，考慮了驅動電機高階諧頻激勵對整車NVH性能的影響，并對電機定子繞組進行優(yōu)化，從而達到消除車內高頻嘯叫聲的目的，旨在為純電動汽車NVH性能開發(fā)和優(yōu)化提供參考與借鑒。
1 問題描述
該純電動車型搭載的電驅動系統(tǒng)包含永磁同步電機、單速比減速器以及三合一控制器，布置方式采用前置前驅，電機轉子為8磁極V型，定子為48槽單層繞組結構。在減速能量回收工況，電機轉速由3500rpm（轉/分鐘）降到1300rpm期間，主觀評價車內有明顯高頻嘯叫聲。對該工況下車內噪聲進行測試，結果如圖1-2所示。
圖1 減速能量回收工況車內噪聲（優(yōu)化前）
圖2 減速能量回收工況車內噪聲突出率（優(yōu)化前）
2 診斷分析
對車內噪聲及突出率彩圖進行階次切片分析，如圖3-4。整車減速能量回收工況車內嘯叫聲24階3500-1800rpm及48階2000-1300rpm均比較明顯，車內噪聲突出率24階和48階在對應轉速均大于目標4dB，測試結果與主觀評價結果相對應。
圖3 車內噪聲總聲壓級及階次
本樣車驅動電機為8極48槽永磁同步電機，主要激勵為8k階（k=1、2、3、4…），24階為電機轉子磁極數3階諧頻，48階為電機轉子磁極6階諧頻和定子齒槽數基頻。
圖4 車內噪聲突出率
3 電機階次嘯叫聲優(yōu)化
永磁同步電機三相交流繞組的形式很多，按繞組層數分為單層繞組和雙層繞組。單層繞組即每一個定子槽內僅有一個線圈，雙層繞組則一個定子槽內有兩個線圈（上層線圈、下層線圈），如圖5所示：
圖5 單、雙繞組結構示意圖
單層繞組的特點是：槽內無層間絕緣，槽利用率高；同一槽內導體居于同一相，不會發(fā)生層間擊穿；線圈數較雙層少，線圈制造和嵌線方便，但不能做成短節(jié)距以改善磁場波形。
雙層繞組的特點是：可通過合理選擇節(jié)距和分布的辦法來改善感應電動勢和磁動勢的波形，使永磁同步電機得到較好的電磁性能；端部排列整齊，線圈尺寸相同，便于制造，但絕緣材料及線圈用量多，嵌線復雜,這樣能增加端部的掛漆量，削弱運行過程中端部振動。雙層繞組在運行過程中能有效的減小電機扭矩波動，從而也減小基頻以外的其他諧頻階次振動噪聲。優(yōu)化試制定子雙繞組電機，如圖6所示。
圖6 定子繞組實物圖
在整車狀態(tài)下，通過示波器測試雙繞組電機電流波形，與單繞組對比雙繞組電機電流波形更為平順且正弦化，如圖7所示。
經整車測試驗證，減速能量回收工況車內噪聲24階、48階均明顯降低；噪聲階次突出率也明顯降低，滿足目標≤4dB，結果如圖8-11所示。主觀評價車內電機嘯叫聲明顯改善。
圖7 電機電流波形對比
圖8 車內噪聲彩圖（優(yōu)化后）
圖9 車內噪聲24階優(yōu)化前后對比
圖10 車內噪聲48階優(yōu)化前后對比
圖11 車內噪聲階次突出率（優(yōu)化后）
4 結論
永磁同步電機定子繞組形式對純電動汽車車內嘯叫聲有很大影響。本文通過對驅動電機定子繞組進行優(yōu)化，有效降低了整車減速能量回收工況電機諧頻階次(24階、48階)引起的車內中高頻嘯叫聲，提升了該電動汽車車內噪聲舒適性。本文旨在為純電動汽車NVH性能開發(fā)和優(yōu)化提供參考與借鑒。
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