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電動車永磁同步電機電磁噪聲測試分析
2020-11-16 21:42:51· 來源：ATC汽車技術會議 作者：康強
1. 引言：電驅噪音的現(xiàn)狀和目標電動車由于動力總成改變，進排氣取消，新增動力電池模塊等改變，其車內(nèi)噪聲也明顯變小：電動車車內(nèi)噪聲變小，是否NVH得到了改善？
1. 引言：電驅噪音的現(xiàn)狀和目標
電動車由于動力總成改變，進排氣取消，新增動力電池模塊等改變，其車內(nèi)噪聲也明顯變?。?/div>
電動車車內(nèi)噪聲變小，是否NVH得到了改善？
車身+底盤方面：
- 車身結構分布變化、聲學包分布變化
- 底盤剛度增加、輪胎抗沖擊要求增加
- 風噪／路噪問題凸顯
動力總成方面：
- 動力總成從傳統(tǒng)內(nèi)燃機更換為電驅動 系統(tǒng)，總噪聲值變小
- 電機表現(xiàn)出高頻尖叫聲
- 減速器齒輪嘯叫明顯
- 動總懸置高頻隔振能力差
附件電動化：
- 發(fā)動機掩蔽效應消失
- 電動空調(diào)壓縮機噪聲顯現(xiàn)
- 繼電器異響
- 水泵／真空泵等子系統(tǒng)噪聲突出
▲500-4000Hz的嘯叫噪音主要由減速器齒輪階次貢獻；5000Hz以上的嘯叫噪音主要由電機極數(shù)的階次貢獻。
▲電機的電磁激勵噪聲（包括開關頻率噪聲）頻率高達4kHz以上，而人耳對1k-6kHz噪聲非常敏感， 即使電機噪聲幅值降低到35dB(A)，仍然能被人耳感知到，從而引起抱怨。
特征①：電磁激勵噪聲，其噪聲 主階次成分為電機的極數(shù)和槽數(shù)。
特征②：PWM載波頻 率，與逆變器開關頻 率的控制策略有關， 逆變器將高壓直流電 轉變?yōu)榻涣麟姇r產(chǎn)生 該噪聲成分。
特征③：電機結構共振 產(chǎn)生的噪聲。
更安靜的電動車，對減速器NVH有了更苛刻的要求：
瞬間提速， 瞬間大載荷，容易導致齒輪變形風險增大。
大速比，高轉速，會使齒輪階次頻率增大。
NVH重要度前移， 更高的NVH要求。
▲相對于傳統(tǒng)車，電動車的減速器齒輪傳遞更大的扭矩，更寬的工作轉速范圍，使得齒輪嚙合嘯叫噪 聲異常突出，并且更高的頻率階次也不容易被掩蔽。
▲最高頻率至8000Hz，車內(nèi)電機階次目標為低于30dB(A)，人很難感覺到；全負荷工況電機本體噪音在額定轉速處有一個拐點。
▲最高頻率至3000Hz，車內(nèi)齒輪階次目標低于35dB(A)，人很難感覺到；全負荷工況減速器齒輪噪音在額定轉速處有一個拐點。
2. 電機噪音的測試和分析
在半消聲室的轉轂試驗臺上 進行車輛試驗。 分別測量了三相電流、驅動總成近場噪聲和駕駛室內(nèi)部噪聲。
得出電機的48階噪聲峰值主要是 由電機定子的0階變形引起的。
為了進一步分析電機的噪聲，消除減速器等部件的影響，將驅動電機安裝在半消聲室內(nèi)的測功機上；加載電機置于吸聲方盒中，加載電機的輻射噪聲可以忽略不計；麥克風設置在距電機外殼表面1米的 距離，圍繞電機周圍5個方向；在電機殼體和軸承位置上分別設置加速度傳感器。
電機噪聲的主要階數(shù)是：
- 8階（電機極數(shù)）的1次、3次、 4次、5次、6次；
- 44階和52階(來源不詳) ? 中心頻率為10000Hz(為逆變器開關頻率)的傘形噪聲；
另外，電機噪聲表現(xiàn)出三個共振頻率帶。
- 電機噪聲階次中，聲壓級最大的為 48階。其最大聲壓級相比其它階次高出30dB。
- 額定轉速(4200RPM)以下扭矩對噪 聲（48階）影響較??；
- 在額定轉速以上，扭矩越大，噪聲 （48階）越大。100%轉矩與50% 轉矩之間的噪聲差約為20dB, 100% 轉矩與20%之間的噪聲差約為30dB。
3. 電磁激勵源的分析
- 48階頻率的電磁力波主要空間階次為0階，與5673 Hz的定子(0,0)階模態(tài)一致。因此，在這種情況下， 定子受到激勵，產(chǎn)生明顯的振動和噪聲。
- 而592 Hz的定子(2,0)階模態(tài)和1730 Hz的定子(3,1)階模態(tài)的振型與0階空間模態(tài)不同，雖然定子也在 這兩個頻率下受到激勵，但振動幅值要比(0,0)階振型小得多。
- 48階噪音主要來源于：4. 轉子磁場和定子槽相互作用。可通過電磁或結構手段優(yōu)化；
- 電流諧波可導致階次為電機極數(shù)的倍數(shù)的電磁噪音。可通過控制手段優(yōu)化。
4. 改善方案和建議
為了降低電機噪聲，主要有以下措施:
- 結構方面: 通過增加定子結構的剛度或阻尼，可以改善定子的諧振峰。然而， 定子剛度目前已難以提高，且仍然會有更高頻率的共振。
- 例如，假如共振發(fā)生在大約7000RPM，對應于車速大約 100km/h。如果我們想把共振發(fā)生的速度提高到120kph，我 們必須把定子0階模量從5700Hz提高到6840Hz ，即提高 1140Hz。目前很難實現(xiàn)1000Hz以上的模態(tài)頻率增加，因為電 機的模態(tài)頻率已經(jīng)優(yōu)化。增加定子與機殼之間的阻尼是一種可行的解決方案。
- 磁場方面: 通過改善磁場波形，減小氣隙磁通密度的幅值，從而減小力波的幅 值，可以改善噪聲。這些措施包括增加氣隙、增加定子繞組每相數(shù)、 轉子開槽、磁鋼位置和形狀優(yōu)化、采用分段斜極等電磁結構優(yōu)化。
- 控制方面: 通過反向諧波電流注入或諧波電流抑制等控制策略，可以改善電流 諧波導致的電磁噪音。
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