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纯电|基于某款纯电动汽车永磁同步电机不同转子磁钢结构对噪声影响的分析


来源 | 电子产品世界
0 引言
永磁同步电动机因其体积小、质量轻、效率高等特点被广泛用于纯电动汽车 。 作为纯电动汽车的动力源 ， 和传统汽车一样 ， 是产生整车噪声的一个主要来源 。 而不一样的是和传统汽油车相比 ， 纯电动汽车的动力源永磁同步电机产生的高频噪声 ， 尖锐刺耳让人难以忍受 ， 造成的危害更大 ， 影响驾驶员和乘客的身心健康 。 噪声作为电机的主要质量指标之一[1] ， 其噪声的大小决定了整车的舒适性 。
本文基于对某款纯电动汽车车用永磁同步驱动电机噪声进行测试和分析 ， 数据上发现全油门加速工况车速在25Km/h~75Km/h对应电机转速1500r/min~6000r/min之间的48阶次噪声声压级较高 ， 人耳也能明显听出高频刺耳啸叫声[2] 。 因电机已量产 ， 重新设计电机的磁路结构成本高、周期长、产线也需要大变 ， 花费代价太高 ， 本文在仅改变转子磁钢结构的基础上优化永磁同步驱动电机48阶次噪声 ， 以较小的代价控制其声压级以达到可接受范围 。
【纯电|基于某款纯电动汽车永磁同步电机不同转子磁钢结构对噪声影响的分析】纯电|基于某款纯电动汽车永磁同步电机不同转子磁钢结构对噪声影响的分析
本文插图

图一车内驾驶员右耳噪声阶次彩图
1 纯电动汽车驱动电机噪声分析
在全油门加速工况下 ， 测试车内驾驶员右耳噪声数据 ， 绘制出48阶次彩图 ， 如图一所示[3] 。 整车车速在25Km/h~75Km/h对应电机转速1500r/min~6000r/min之间的48阶次噪声声压级较高 ， 整车内电磁噪声明显 。 下面通过改变转子磁钢结构来分析其对48阶次噪声的影响 。
2 驱动电机转子磁钢优化分析
电机的电磁噪声主要是由电机内部振动而产生 ， 各阶次的谐波会引起振动 ， 削弱各阶次的谐波对电磁噪声的改善起到很大作用 ， 而转子分段斜极是一种能有效削弱齿谐波、改善电机齿槽转矩和转矩脉动的常用方法[3] 。
纯电|基于某款纯电动汽车永磁同步电机不同转子磁钢结构对噪声影响的分析
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图二 某新能源电动汽车初始转子磁钢示意图
2.1 原电机转子磁钢两段式斜极结构
图二所示为某新能源电动汽车初始转子磁钢示意图 ， 转子磁钢分为两段式 ， 为两段式斜极结构 。 为找出效果较好转子磁钢方案进行整车搭载验证 ， 测试两段式斜极台架数据与优化后的转子磁钢方案对比 ， 选出台架测试最优方案 。 电机运行工况：模拟整车全油门加速 。
图三所示为两段式斜极在台架上测试数据 ， 测试转速为1500到6000转 ， 匹配整车在此转速段的噪声 。 数据上可看出此转速段48阶次噪声在70分贝以上 ， 最高达80分贝以上 ， 驾驶员在驾驶室内能明显感受到尖锐的电磁噪声 。
纯电|基于某款纯电动汽车永磁同步电机不同转子磁钢结构对噪声影响的分析
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图三两段式斜极台架测试数据图
2.2 4段式斜极V型结构
图四所示为4段式斜极V型结构转子磁钢示意图 ， 改变磁钢结构到V型 ， 电机运行工况：模拟整车全油门加速 。
纯电|基于某款纯电动汽车永磁同步电机不同转子磁钢结构对噪声影响的分析
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图四 4段式斜极V型转子结构示意图
4段式斜极V型结构的噪声测试结果如图五所示 ， 其48阶次噪声在1600r·min-1~1900r·min-1转速段及3900 r·min-1噪声反而升高 ， 此方案使得噪声效果变差 。
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图五4段式斜极V型结构台架测试数据图
2.3 4段斜极ZigZag结构
图六所示为4段斜极ZigZag结构转子磁钢示意图 ， 磁钢采用四段式交叉布置 。 电机运行工况：模拟整车全油门加速 。


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