孫新波:電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其NVH問(wèn)題介紹
1. 何為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)?
與傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式相比,電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以消耗電能達(dá)到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)或工作的目的,目前該類型的驅(qū)動(dòng)方式已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,與大家日常生活息息相關(guān)的電驅(qū)動(dòng)主要存在于家電領(lǐng)域,典型的有:
家用空調(diào)系統(tǒng)的電動(dòng)壓縮機(jī):其通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子工作,達(dá)到壓縮空氣的目的,從而實(shí)現(xiàn)其功能循環(huán);
電動(dòng)車:不論是燃料電池電動(dòng)車及其他類型電池電動(dòng)車,其驅(qū)動(dòng)方式以電機(jī)直驅(qū)或電機(jī)帶動(dòng)減速器工作,達(dá)到驅(qū)動(dòng)車輪的目的;
汽車座椅驅(qū)動(dòng)、車窗驅(qū)動(dòng)也同樣采用電驅(qū)動(dòng)的方式;
小型無(wú)人機(jī)也大多采用電驅(qū)動(dòng)方式。
當(dāng)然,在一些重型工業(yè)中,電驅(qū)動(dòng)的方式也同樣存在,例如電力機(jī)車、風(fēng)電、潛艇推進(jìn)系統(tǒng)等領(lǐng)域,也同樣存在大量的采用電驅(qū)動(dòng)方式,典型的應(yīng)用如圖1所示。

圖1:電驅(qū)動(dòng)的典型應(yīng)用
由此可見,電驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣,其使用產(chǎn)品也越來(lái)越大,可以預(yù)見在不久的將來(lái),可能我們?nèi)粘K姷尿?qū)動(dòng)方式將主要以電驅(qū)動(dòng)為主。
2. 電驅(qū)動(dòng)有什么優(yōu)缺點(diǎn)
然而,對(duì)于電驅(qū)動(dòng)與常規(guī)的驅(qū)動(dòng)方式(燃燒、蒸汽、等)相比,電驅(qū)動(dòng)有哪些優(yōu)點(diǎn)呢?電驅(qū)動(dòng)比較典型的優(yōu)點(diǎn)有:
1)控制精度高;
2)傳動(dòng)平穩(wěn),波動(dòng)較小,因此比較適合精密加工;
3)振動(dòng)噪聲較低;
4)便于控制;
5)電力作為能源來(lái)源,其便于排放的集中處理;
隨著國(guó)內(nèi)新能源車的提出,讓大家對(duì)電驅(qū)動(dòng)更加關(guān)注,然而電驅(qū)動(dòng)也存在一些問(wèn)題,具體表現(xiàn)為:
1)其振動(dòng)噪聲雖然低,但其特征為典型的單頻信號(hào),其聲品質(zhì)較差;
2)核心電子器件(IGBT)成本較高;
3)對(duì)電流諧波較為敏感,電流諧波有可能直接影響其性能,因此電控的優(yōu)劣顯得尤為重要;;
4)對(duì)電磁兼容的要求較高。
對(duì)于振動(dòng)噪聲而言,電驅(qū)動(dòng)的典型頻譜特征如圖2所示。

圖2 某電動(dòng)車電驅(qū)動(dòng)頻譜特征
由圖2可以看出:電驅(qū)動(dòng)的單頻信號(hào)較為明顯,不存在明顯的寬頻激勵(lì),因此振動(dòng)噪聲將以該單頻信號(hào)為主,直接影響其品質(zhì);且NVH問(wèn)題主要集中在中高頻段。
3. 電驅(qū)動(dòng)的典型構(gòu)成
對(duì)于電驅(qū)動(dòng)的典型構(gòu)成,一般主要由以下及部分組成:
1)供電系統(tǒng);
2)控制系統(tǒng);
3)電機(jī)(或電機(jī)+減速器);
4)冷卻系統(tǒng):主要用于電機(jī)冷卻
對(duì)于電動(dòng)車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其NVH來(lái)說(shuō),其主要組成如圖3所示。

圖3:電動(dòng)車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及其NVH
對(duì)于其他領(lǐng)域的電驅(qū)動(dòng)NVH問(wèn)題,其可能在供電方式、電機(jī)冷卻模式上存在差異,其對(duì)應(yīng)的NVH問(wèn)題上會(huì)涉及到冷卻方式引入的新的聲源;其他方面不存在大的差異。
4. 電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)NVH問(wèn)題
作為電驅(qū)動(dòng)的主要組成部分,電機(jī)的NVH成為了一個(gè)不可忽略的部分;當(dāng)然根據(jù)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)中是否存在減速器,其NVH問(wèn)題也是其中的一部分。
然而電機(jī)的NVH問(wèn)題直接與電控、電機(jī)電磁、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有很強(qiáng)的關(guān)系,因此對(duì)于電機(jī)的NVH問(wèn)題,我們采用圖4進(jìn)行分類描述。

圖4 電機(jī)NVH問(wèn)題分類介紹
在電機(jī)的NVH建模上,為了保證正向開發(fā)、故障診斷的需求,我們需要滿足電機(jī)的NVH方案評(píng)價(jià)及精確建模兩種完全不同的要求,因此對(duì)于電機(jī)的NVH建模,我們需要考慮以下因素:
1)電機(jī)的激勵(lì)源建模:
電機(jī)電磁場(chǎng)建模與標(biāo)定—獲取電磁載荷;
電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析—獲取電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)載荷;
冷卻系統(tǒng)噪聲源獲?。篊FD等,根據(jù)實(shí)際冷卻方式而定;
2)電機(jī)的材料參數(shù)獲?。?br /> 涉及到電機(jī)硅鋼片的材料參數(shù)提?。?br /> 硅鋼片及線圈阻尼效應(yīng)獲?。?br /> 3)電機(jī)傳遞函數(shù)建模:
動(dòng)力學(xué)模型搭建及標(biāo)定;
4)電機(jī)NVH分析:
電機(jī)的近場(chǎng)噪聲;
電機(jī)振動(dòng)分析;
電機(jī)遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲;
5)電機(jī)與系統(tǒng)集成NVH問(wèn)題。
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