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某款電動汽車驅動用永磁同步電機噪聲分析

作者:姚學松,陶文勇時間:2019-11-29來源:電子產品世界收藏

  姚學松,陶文勇(奇瑞新能源汽車股份有限公司,安徽?蕪湖?241002)

本文引用地址:http://www.954562.live/article/201911/407676.htm

  摘?要:通過對某款驅動用進行分析,發現其存在48階次大的問題。為了削弱電機的48階次,本文提出了4種優化方案,通過對4種優化方案分別進行驗證和測試,結果顯示,轉子結構優化和外圓增加輔助溝槽2個方案對電機48階次噪聲有較大的改善。最終實施上述2個方案,原車尖銳、刺耳的電磁聲及嘯叫聲明顯削弱,提升了整車的駕駛舒適性。

  關鍵詞:;噪聲;

  作者簡介

  姚學松(1987.—),男,工程師,碩士研究生,主要從事新能源汽車電驅動系統相關工作

  0 引言

  所具有的高效率、高功率密度等特性使其廣泛應用于純的驅動電機。對純電動汽車而言,驅動電機作為整車的動力總成部分,其所產生的噪聲也是整車的主要噪聲來源。噪聲作為電機的主要質量指標之一 [1] ,其水平也決定了整車的駕駛舒適性。因此,電機噪聲的控制也成為了當前電機性能優化的重要課題。

  本文基于某款純電動汽車驅動用永磁同步電機的噪聲分析,發現當電機轉速運行在(1 500 ~6 000)r/min時,其48階次噪聲明顯。因電機的總體磁路結構重新設計的成本高、周期長,本文在不改變電機主要磁路結構的前提下,通過對電機轉子結構優化、增加溝槽、電機定子繞組樹脂澆注、電機殼體強度提升等措施的對比分析,來評估各措施對電機噪聲的貢獻,通過測試結果表明,上述方案對電機噪聲有一定的改善,具有實際應用價值,為電動汽車驅動用永磁同步電機噪聲的優化提供了相關的依據和經驗。

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  1 純電動汽車驅動電機噪聲分析

  如圖1所示,根據整車噪聲測試數據,結合驅動電機所采用的48槽設計方案,可判斷其中48階次噪聲主要來源于驅動電機,此時的電機轉速在(1 500~6 000)r·min -1 ,對應整車的車速在(25~75)km/h。此時整車主要表現為嘯叫聲明顯,電機電磁噪聲尖銳、刺耳 [2] ,而在汽車的日常行駛中又主要集中在此車速段,因此優化此轉速段的電機噪聲對整車的駕駛感受具有較大的提升。

  2 驅動電機噪聲優化分析

  考慮到該款驅動電機已進入到批量生產階段,對電機的磁路結構、電磁方案等進行重新設計的費用高、周期長,本文僅通過對電機定、轉子、殼體等局部進行優化設計、工藝改進來改善電機噪聲。

  2.1 轉子磁鋼結構優化

  電機的電磁噪聲主要是由電機內部各種頻率的諧波引起,而通過轉子斜槽或定子斜極來削弱齒諧波是電機生產制造過程中降低電磁噪聲的一種常用方法 [3]

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  如圖2所示,左側為原驅動電機的轉子結構,磁鋼采用兩段式斜槽結構布置,右側為優化后的轉子結構,磁鋼采用四段式交叉布置。優化前后的噪聲測試結果如圖3所示,電機運行工況:轉速(1 500~6 000)r/min 1 ,額定轉速前峰值扭矩250 N·m,額定轉速后峰值功率95 kW。優化后的方案其48階次噪聲在(2 200 ~5300)r/min 1 轉速段及6 000 r/min 1 附近改善效果較明顯,噪聲降低約(5~15)dB,全轉速段的噪聲總值優化后方案也低于優化前。

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  2.3 轉子鐵心結構優化

  電機運行時的轉矩脈動同樣會引起電機的噪聲和振動,因此削弱轉矩脈動也是優化電機噪聲的方案之一。齒槽轉矩是電機帶載運行時轉矩脈動的主要來源之一,但除齒槽轉矩外,通過對轉子鐵心外圓增加輔助溝槽同樣能削弱電機的轉矩脈動 [4]

  如圖4所示,在轉子鐵心外圓相鄰的兩組磁鋼之間增加一組弧形的輔助槽。優化前后的噪聲測試數據如圖5所示,電機運行工況同2.1。轉子外圓增加輔助溝槽后,48階次噪聲在全轉速段降低約(5~15)dB,噪聲總值也改善明顯。

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  2.3 定子繞組樹脂澆注

  電機的噪聲除電磁噪聲外還包含機械振動所引起的噪聲。電機的定子鐵心一般由硅鋼片疊壓而 成,疊片之間存在間隙;定子繞組主要由多根松散的漆包線組成,并嵌入到定子槽內,漆包線之間也存在間隙,同時因電機槽滿率及生產工藝的限制,繞組與定子槽之間也存在較大的間隙。這就導致定子的結構松散,易產生振動噪聲。

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  本文通過對電機定子繞組進行整體環氧樹脂澆注,提高電機定子的結構強度,提升定子的固有頻率,降低電機因定子機械振動所產生的噪聲。如圖6所示,為環氧樹脂澆注后的電機定子,整個繞組的端部及定子槽內均被環氧樹脂填充。澆注前后的噪聲測試結果如圖7所示,電機運行工況同2.1。定子繞組澆注后其48階次噪聲在(1 500~2200)r/min及2 700~6000)r/min轉速段噪聲降低約5 dB,全轉速段的噪聲總值也略有降低。

  2.4 電機殼體增加加強筋

  電機的機械振動噪聲除了定子的振動引起外,還包含電機的外殼體振動所產生的噪聲。該款電機作為電動汽車驅動電機,其輸出端需要匹配減速器設計法蘭安裝面,為了提升法蘭側的結構強度,降低振動噪聲,本文對法蘭處增加加強筋,如圖8所示。

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  電機外殼體增加加強筋后,噪聲測試數據見圖9,電機運行工況同2.1。改后的電機在3 000 r/min 1 附近及4 600 r/min 1 之后噪聲有約(5~10)dB的降低,其它轉速段噪聲略有增加,噪聲總值基本無變化。

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  3 結果分析

  通過對上述四種方案對比分析發現,轉子磁鋼結構優化、轉子鐵心外圓增加輔助溝槽對該款電機48階次噪聲及噪聲總值改善均較明顯;定子繞組環氧樹脂澆注對電機噪聲雖然有一定的改善,但改善效果不明顯;電機殼體增加加強筋方案對電機噪聲無明顯改善。

  綜上,考慮到定子繞組環氧樹脂澆注需要投入專用設備,工藝復雜、費用高且效果不明顯,最終實施前兩種方案。將改進后的電機搭載到整車上,測得的車內噪聲階次彩圖如圖10所示,48階次噪聲明顯被削弱,車內噪聲整體降低約5 dB,整車車速在(25~75)km/h時的嘯叫聲也改善明顯,提升了整車的駕駛舒適性。

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  4 結論

  本文通過對某款純電動汽車驅動用永磁同步電機的噪聲進行分析,提出了四種降低電機48階次噪聲的優化方案,并分別進行了對比驗證和測試。結果顯示,轉子磁鋼結構優化和轉子鐵心外圓增加輔助溝槽對電機48階次噪聲有較大改善。最終改善后的電機搭載到整車上,原車尖銳、刺耳的電磁聲及嘯叫聲明顯削弱,提升了整車的駕駛舒適性。

  參考文獻

  [1] 陳永校,諸自強,應善成. 電機噪聲的分析和控制[M]. 杭州:浙江大學出版社, 1987.

  [2] 陳士剛,沙文瀚,杭孟荀,等. 某款純電動汽車用驅動電機噪聲分析[J]. 汽車零部件, 2019(1):22-24.

  [3] 唐慶華,張林. 采用斜槽降低三相異步電動機電磁噪聲[J]. 防爆電機, 2015,50(1):14-20h.

  [4] 賀小克,沈建新. 表面式永磁同步電機轉子輔助槽對轉矩的影響[J]. 微電機, 2018,(1):1-4.

  本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第12期第74頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。



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