孫新波:電驅(qū)動系統(tǒng)及其NVH問題介紹
1. 何為電驅(qū)動系統(tǒng)?
與傳統(tǒng)的驅(qū)動方式相比,電驅(qū)動系統(tǒng)以消耗電能達(dá)到驅(qū)動系統(tǒng)運(yùn)動或工作的目的,目前該類型的驅(qū)動方式已經(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)的電動壓縮機(jī):其通過電機(jī)帶動轉(zhuǎn)子工作,達(dá)到壓縮空氣的目的,從而實現(xiàn)其功能循環(huán);
電動車:不論是燃料電池電動車及其他類型電池電動車,其驅(qū)動方式以電機(jī)直驅(qū)或電機(jī)帶動減速器工作,達(dá)到驅(qū)動車輪的目的;
汽車座椅驅(qū)動、車窗驅(qū)動也同樣采用電驅(qū)動的方式;
小型無人機(jī)也大多采用電驅(qū)動方式。
當(dāng)然,在一些重型工業(yè)中,電驅(qū)動的方式也同樣存在,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)動方式,典型的應(yīng)用如圖1所示。

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

圖2 某電動車電驅(qū)動頻譜特征
由圖2可以看出:電驅(qū)動的單頻信號較為明顯,不存在明顯的寬頻激勵,因此振動噪聲將以該單頻信號為主,直接影響其品質(zhì);且NVH問題主要集中在中高頻段。
3. 電驅(qū)動的典型構(gòu)成
對于電驅(qū)動的典型構(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
對于電動車的電驅(qū)動系統(tǒng)及其NVH來說,其主要組成如圖3所示。

圖3:電動車電驅(qū)動系統(tǒng)及其NVH
對于其他領(lǐng)域的電驅(qū)動NVH問題,其可能在供電方式、電機(jī)冷卻模式上存在差異,其對應(yīng)的NVH問題上會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)動系統(tǒng)NVH問題
作為電驅(qū)動的主要組成部分,電機(jī)的NVH成為了一個不可忽略的部分;當(dāng)然根據(jù)驅(qū)動環(huán)節(jié)中是否存在減速器,其NVH問題也是其中的一部分。
然而電機(jī)的NVH問題直接與電控、電機(jī)電磁、結(jié)構(gòu)設(shè)計有很強(qiáng)的關(guān)系,因此對于電機(jī)的NVH問題,我們采用圖4進(jìn)行分類描述。

圖4 電機(jī)NVH問題分類介紹
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方案評價及精確建模兩種完全不同的要求,因此對于電機(jī)的NVH建模,我們需要考慮以下因素:
1)電機(jī)的激勵源建模:
電機(jī)電磁場建模與標(biāo)定—獲取電磁載荷;
電機(jī)轉(zhuǎn)子動力學(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)實際冷卻方式而定;
2)電機(jī)的材料參數(shù)獲??;
涉及到電機(jī)硅鋼片的材料參數(shù)提??;
硅鋼片及線圈阻尼效應(yīng)獲??;
3)電機(jī)傳遞函數(shù)建模:
動力學(xué)模型搭建及標(biāo)定;
4)電機(jī)NVH分析:
電機(jī)的近場噪聲;
電機(jī)振動分析;
電機(jī)遠(yuǎn)場噪聲;
5)電機(jī)與系統(tǒng)集成NVH問題。
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