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    • 1. 引言:電驅(qū)噪音的現(xiàn)狀和目標
    • 2. 電機噪音的測試和分析 
    • 3. 電磁激勵源的分析 
    • 4. 改善方案和建議
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電動車永磁同步電機電磁噪聲測試分析

2020/11/17
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1. 引言:電驅(qū)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?。?/p>

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(jié)構(gòu)分布變化、聲學(xué)包分布變化?

底盤剛度增加、輪胎抗沖擊要求增加?

風(fēng)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(qū)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(yīng)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(guān)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(guān)頻 率的控制策略有關(guān), 逆變器將高壓直流電 轉(zhuǎn)變?yōu)?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1534490.html">交流電時產(chǎn)生 該噪聲成分。

特征③:電機結(jié)構(gòu)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(dǎo)致齒輪變形風(fēng)險增大。

大速比,高轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)轂試驗臺上 進行車輛試驗。?分別測量了三相電流、驅(qū)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(qū)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(fēng)設(shè)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(shè)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(guān)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(zhuǎn)速(4200RPM)以下扭矩對噪 聲(48 階)影響較小;?

在額定轉(zhuǎn)速以上,扭矩越大,噪聲 (48 階)越大。100%轉(zhuǎn)矩與 50% 轉(zhuǎn)矩之間的噪聲差約為 20dB, 100% 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子磁場和定子槽相互作用。可通過電磁或結(jié)構(gòu)手段優(yōu)化;?

電流諧波可導(dǎo)致階次為電機極數(shù)的倍數(shù)的電磁噪音??赏ㄟ^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(jié)構(gòu)方面: 通過增加定子結(jié)構(gòu)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(yīng)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(zhuǎn)子開槽、磁鋼位置和形狀優(yōu)化、采用分段斜極等電磁結(jié)構(gòu)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(dǎo)致的電磁噪音。

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