摘要

對某款純電動汽車車用永磁同步驅(qū)動電機噪聲進行測試和分析。根據(jù)測試結(jié)果，得出驅(qū)動電機產(chǎn)生的48階次噪聲比較大，嚴(yán)重影響駕駛感受。為削減永磁同步驅(qū)動電機產(chǎn)生的48階次噪聲，本文從驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)方面進行探討，提出4種驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)方案，分別對其進行臺架的測試與驗證。結(jié)果顯示不同轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)對噪聲的表現(xiàn)差異較大。其中4段式平行結(jié)構(gòu)對48階次噪聲改善效果最大，提高整車的噪聲表現(xiàn)。此項研究與探討同時也對電動汽車永磁同步電機的噪聲整改積累一定經(jīng)驗。

關(guān)鍵字：純電動汽車；永磁同步驅(qū)動電機；48階次噪聲；轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)；舒適性能

永磁同步電動機因其體積小、質(zhì)量輕、效率高等特點被廣泛用于純電動汽車。作為純電動汽車的動力源，和傳統(tǒng)汽車一樣，是產(chǎn)生整車噪聲的一個主要來源。而不一樣的是和傳統(tǒng)汽油車相比，純電動汽車的動力源永磁同步電機產(chǎn)生的高頻噪聲，尖銳刺耳讓人難以忍受，造成的危害更大，影響駕駛員和乘客的身心健康。噪聲作為電機的主要質(zhì)量指標(biāo)之一[1]，其噪聲的大小決定了整車的舒適性。

本文基于對某款純電動汽車車用永磁同步驅(qū)動電機噪聲進行測試和分析，數(shù)據(jù)上發(fā)現(xiàn)全油門加速工況車速在25Km/h~75Km/h對應(yīng)電機轉(zhuǎn)速1500r/min~6000r/min之間的48階次噪聲聲壓級較高，人耳也能明顯聽出高頻刺耳嘯叫聲[2]。因電機已量產(chǎn)，重新設(shè)計電機的磁路結(jié)構(gòu)成本高、周期長、產(chǎn)線也需要大變，花費代價太高，本文在僅改變轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上優(yōu)化永磁同步驅(qū)動電機48階次噪聲，以較小的代價控制其聲壓級以達到可接受范圍。

2  驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子磁鋼優(yōu)化分析

電機的電磁噪聲主要是由電機內(nèi)部振動而產(chǎn)生，各階次的諧波會引起振動，削弱各階次的諧波對電磁噪聲的改善起到很大作用，而轉(zhuǎn)子分段斜極是一種能有效削弱齒諧波、改善電機齒槽轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)矩脈動的常用方法[3]。

2.1 原電機轉(zhuǎn)子磁鋼兩段式斜極結(jié)構(gòu)

圖二所示為某新能源電動汽車初始轉(zhuǎn)子磁鋼示意圖，轉(zhuǎn)子磁鋼分為兩段式，為兩段式斜極結(jié)構(gòu)。為找出效果較好轉(zhuǎn)子磁鋼方案進行整車搭載驗證，測試兩段式斜極臺架數(shù)據(jù)與優(yōu)化后的轉(zhuǎn)子磁鋼方案對比，選出臺架測試最優(yōu)方案。電機運行工況：模擬整車全油門加速。


圖2 某新能源電動汽車初始轉(zhuǎn)子磁鋼示意圖

圖三所示為兩段式斜極在臺架上測試數(shù)據(jù)，測試轉(zhuǎn)速為1500到6000轉(zhuǎn)，匹配整車在此轉(zhuǎn)速段的噪聲。數(shù)據(jù)上可看出此轉(zhuǎn)速段48階次噪聲在70分貝以上，最高達80分貝以上，駕駛員在駕駛室內(nèi)能明顯感受到尖銳的電磁噪聲。


圖3 2段式斜極臺架測試數(shù)據(jù)圖

2.2 4段式斜極V型結(jié)構(gòu)

圖四所示為4段式斜極V型結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼示意圖，改變磁鋼結(jié)構(gòu)到V型，電機運行工況：模擬整車全油門加速。


圖四 4段式斜極V型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖

4段式斜極V型結(jié)構(gòu)的噪聲測試結(jié)果如圖五所示，其48階次噪聲在1600r·min-1~1900r·min-1轉(zhuǎn)速段及3900 r·min-1噪聲反而升高，此方案使得噪聲效果變差。


圖5 4段式斜極V型結(jié)構(gòu)臺架測試數(shù)據(jù)圖

2.3 4段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)

圖六所示為4段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼示意圖，磁鋼采用四段式交叉布置。電機運行工況：模擬整車全油門加速。


圖6 4段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼示意圖

4段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼示意圖噪聲測試結(jié)果如圖7所示，其48階次噪聲在1 500~3 000 r/min轉(zhuǎn)速段及4 600 r/min以上有一定的改善效果，噪聲降低約4 dB，全轉(zhuǎn)速段的噪聲平均值低于優(yōu)化前。


圖7 4段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)臺架測試數(shù)據(jù)圖

2.4 6段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)

圖八所示為6段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼示意圖，磁鋼采用6段式段式交叉布置。電機運行工況：模擬整車全油門加速。


圖8 6段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼示意圖

優(yōu)化前后的噪聲測試結(jié)果如圖九所示。優(yōu)化后的方案其48階次噪聲在2300r·min-1之前噪聲效果變差，高于優(yōu)化前2-6dB，2300r·min-1以上改善效果較明顯，噪聲降低最大值達到15dB，全轉(zhuǎn)速段的噪聲的平均值遠小于優(yōu)化前。，此方案配合低轉(zhuǎn)速段噪聲抑制方案也可使得整車有個較好的噪聲效果。


圖9 6段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)臺架測試數(shù)據(jù)圖

2.5 4段斜槽平行結(jié)構(gòu)

圖十所示為4段斜槽平行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼示意圖，磁鋼采用4段式平行斜槽布置。電機運行工況：模擬整車全油門加速。


圖10 4段斜槽平行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁鋼示意圖

4段斜槽平行結(jié)構(gòu)的噪聲測試結(jié)果如圖十一所示，其48階次噪聲在全轉(zhuǎn)速段都有改善效果，低轉(zhuǎn)速段效果比較明顯，降幅達6~15dB。因低速段工況駕駛員使用頻率較高，采用此方案能達到較好的結(jié)果。


圖11 4段斜槽平行結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)臺架測試數(shù)據(jù)圖

結(jié)論

本文從驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)方面進行臺架的測試與驗證。測試結(jié)果顯示不同轉(zhuǎn)子磁鋼結(jié)構(gòu)對噪聲的表現(xiàn)差異較大，4段式斜極V型結(jié)構(gòu)多噪聲不僅沒有改善反而使得噪聲效果變差。4段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)和6段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)僅對部分轉(zhuǎn)速段有一定的改善。6段斜極ZigZag結(jié)構(gòu)方案配合低轉(zhuǎn)速段噪聲抑制方案也可使得整車有個較好的噪聲效果。4段斜槽平行結(jié)構(gòu)對48階次噪聲改善效果比較大，低速段降幅達6~15dB，48階次噪聲降低到較好的水平，5000轉(zhuǎn)以下也是城市工況最常用轉(zhuǎn)速段，采用此方案可提高整車的噪聲表現(xiàn)。


參考文獻
[1] 陳永校,諸自強,應(yīng)善成. 電機噪聲的分析和控制[M]. 浙江：浙江大學(xué)出版社, 1987
[2] 陳士剛,沙文瀚,杭孟荀,等. 某款純電動汽車用驅(qū)動電機噪聲分析[J]. 汽車零部件, 2019(1):22-24
[3] 姚學(xué)松，陶文勇.某款電動汽車驅(qū)動用永磁同步電機噪聲分析[J]. 汽車零部件,2019,26(12):74-77