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電動(dòng)車永磁同步電機(jī)電磁噪聲測試分析
2020-11-16 21:42:51· 來源：ATC汽車技術(shù)會(huì)議 作者：康強(qiáng)
1. 引言：電驅(qū)噪音的現(xiàn)狀和目標(biāo)電動(dòng)車由于動(dòng)力總成改變，進(jìn)排氣取消，新增動(dòng)力電池模塊等改變，其車內(nèi)噪聲也明顯變小：電動(dòng)車車內(nèi)噪聲變小，是否NVH得到了改善？
1. 引言：電驅(qū)噪音的現(xiàn)狀和目標(biāo)
電動(dòng)車由于動(dòng)力總成改變，進(jìn)排氣取消，新增動(dòng)力電池模塊等改變，其車內(nèi)噪聲也明顯變?。?/div>
電動(dòng)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(dòng)力總成方面：
- 動(dòng)力總成從傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)更換為電驅(qū)動(dòng) 系統(tǒng)，總噪聲值變小
- 電機(jī)表現(xiàn)出高頻尖叫聲
- 減速器齒輪嘯叫明顯
- 動(dòng)總懸置高頻隔振能力差
附件電動(dòng)化：
- 發(fā)動(dòng)機(jī)掩蔽效應(yīng)消失
- 電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)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(xiàn)；5000Hz以上的嘯叫噪音主要由電機(jī)極數(shù)的階次貢獻(xiàn)。
▲電機(jī)的電磁激勵(lì)噪聲（包括開關(guān)頻率噪聲）頻率高達(dá)4kHz以上，而人耳對1k-6kHz噪聲非常敏感， 即使電機(jī)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(lì)噪聲，其噪聲 主階次成分為電機(jī)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)榻涣麟姇r(shí)產(chǎn)生 該噪聲成分。
特征③：電機(jī)結(jié)構(gòu)共振 產(chǎn)生的噪聲。
更安靜的電動(dòng)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(xiǎn)增大。
大速比，高轉(zhuǎn)速，會(huì)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(dòng)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(jī)階次目標(biāo)為低于30dB(A)，人很難感覺到；全負(fù)荷工況電機(jī)本體噪音在額定轉(zhuǎn)速處有一個(gè)拐點(diǎn)。
▲最高頻率至3000Hz，車內(nèi)齒輪階次目標(biāo)低于35dB(A)，人很難感覺到；全負(fù)荷工況減速器齒輪噪音在額定轉(zhuǎn)速處有一個(gè)拐點(diǎn)。
2. 電機(jī)噪音的測試和分析
在半消聲室的轉(zhuǎn)轂試驗(yàn)臺(tái)上 進(jìn)行車輛試驗(yàn)。 分別測量了三相電流、驅(qū)動(dòng)總成近場噪聲和駕駛室內(nèi)部噪聲。
得出電機(jī)的48階噪聲峰值主要是 由電機(jī)定子的0階變形引起的。
為了進(jìn)一步分析電機(jī)的噪聲，消除減速器等部件的影響，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在半消聲室內(nèi)的測功機(jī)上；加載電機(jī)置于吸聲方盒中，加載電機(jī)的輻射噪聲可以忽略不計(jì)；麥克風(fēng)設(shè)置在距電機(jī)外殼表面1米的 距離，圍繞電機(jī)周圍5個(gè)方向；在電機(jī)殼體和軸承位置上分別設(shè)置加速度傳感器。
電機(jī)噪聲的主要階數(shù)是：
- 8階（電機(jī)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(jī)噪聲表現(xiàn)出三個(gè)共振頻率帶。
- 電機(jī)噪聲階次中，聲壓級(jí)最大的為 48階。其最大聲壓級(jí)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??；
- 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(lì)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(lì)，產(chǎn)生明顯的振動(dòng)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(gè)頻率下受到激勵(lì)，但振動(dòng)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?？赏ㄟ^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(jī)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(jī)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(huì)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(shí)現(xiàn)1000Hz以上的模態(tài)頻率增加，因?yàn)殡?機(jī)的模態(tài)頻率已經(jīng)優(yōu)化。增加定子與機(jī)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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