純電動汽車永磁同步電機引起車內嘯叫的分析及優化

朱建　呂運川　鄭濤　劉超

摘 要：純電動汽車永磁同步電機是影響整車的NVH性能主要激勵源之一，通過對驅動電機定子的分析與優化，能有效降低電機諧頻激勵，減小電機振動，從而提高整車NVH舒適性。文章以一款純電動車型為例，重點講述通過測試排查減速能量回收車內嘯叫問題，確認驅動電機24階、48階激勵通過結構和空氣傳遞到車內，引起車內中高頻嘯叫聲，最終優化驅動電機定子繞組得以改善，達到優化車內噪聲的目的，為純電動汽車NVH性能開發和優化提供參考與借鑒。關鍵詞：純電動汽車;驅動電機;能量回收;嘯叫中圖分類號：U469.7? 文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）02-13-03

Abstract： The PMSM motor of a electric vehicle is one of the most important incentive source to affect the NVH performance. By the analysis and optimization of the driving motor stator， the harmonic frequency excitation of the motor can be effectively reduced， and the motor vibration became lower， so as to improve the NVH performance of the vehicle This article takes a electric vehicle as an example， it focus on describing the troubleshooting process of a interior whine issue at deceleration energy recovery condition. It is confirmed that the 24th and 48th order excitations of the driving motor are transmitted to the interior vehicle by the structure and air transfer path， and it caused a high-frequency whine noise interior of vehicle. Finally， the stator windings of the drive motor were designed to improved and optimize the interior whine noise. It provides a reference for NVH performance development and optimization of electric vehicle.Keywords： Electric vehicle; Driving motor; Energy recovery; WhineCLC NO.： U469.7? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）02-13-03

前言

隨著世界環境問題嚴峻化、國內汽車排放標準嚴格化，新能源電動汽車作為一種使用電能作為驅動能源的現代交通工具，將作為全球汽車工業當前和未來發展的重點。純電動汽車使用電機作為動力源，是驅動整車行駛的核心部件。而永磁同步電機^[1]（PMSM）因具有高功率密度、高效率、良好的轉矩特性，以及結構簡單、體積小、噪聲振動低等特點，是目前純電動汽車的主流選擇。驅動電機轉矩波動^[2-3]將直接影響到車內噪聲振動舒適性。本文以某純電動汽車開發過程中在減速能量回收工況車內電磁嘯叫聲的優化過程為例，考慮了驅動電機高階諧頻激勵對整車NVH性能的影響，并對電機定子繞組進行優化，從而達到消除車內高頻嘯叫聲的目的，旨在為純電動汽車NVH性能開發和優化提供參考與借鑒。

1 問題描述

該純電動車型搭載的電驅動系統包含永磁同步電機、單速比減速器以及三合一控制器，布置方式采用前置前驅，電機轉子為8磁極V型，定子為48槽單層繞組結構。在減速能量回收工況，電機轉速由3500rpm（轉/分鐘）降到1300rpm期間，主觀評價車內有明顯高頻嘯叫聲。對該工況下車內噪聲進行測試，結果如圖1-2所示。

2 診斷分析

對車內噪聲及突出率彩圖進行階次切片分析，如圖3-4。整車減速能量回收工況車內嘯叫聲24階3500-1800rpm及48階2000-1300rpm均比較明顯，車內噪聲突出率24階和48階在對應轉速均大于目標4dB，測試結果與主觀評價結果相對應。

本樣車驅動電機為8極48槽永磁同步電機，主要激勵為8k階^[6]（k=1、2、3、4…），24階為電機轉子磁極數3階諧頻，48階為電機轉子磁極6階諧頻和定子齒槽數基頻。

3 電機階次嘯叫聲優化

永磁同步電機三相交流繞組的形式很多，按繞組層數分為單層繞組和雙層繞組。單層繞組即每一個定子槽內僅有一個線圈，雙層繞組則一個定子槽內有兩個線圈（上層線圈、下層線圈），如圖5所示：

單層繞組的特點是：槽內無層間絕緣，槽利用率高; 同一槽內導體居于同一相，不會發生層間擊穿;線圈數較雙層少，線圈制造和嵌線方便，但不能做成短節距以改善磁場波形。

雙層繞組的特點是：可通過合理選擇節距和分布的辦法來改善感應電動勢和磁動勢的波形，使永磁同步電機得到較好的電磁性能;端部排列整齊，線圈尺寸相同，便于制造，但絕緣材料及線圈用量多，嵌線復雜，這樣能增加端部的掛漆量，削弱運行過程中端部振動。雙層繞組在運行過程中能有效的減小電機扭矩波動，從而也減小基頻以外的其他諧頻階次振動噪聲^[4-5]。優化試制定子雙繞組電機，如圖6所示。

在整車狀態下，通過示波器測試雙繞組電機電流波形，與單繞組對比雙繞組電機電流波形更為平順且正弦化，如圖7所示。

經整車測試驗證，減速能量回收工況車內噪聲24階、48階均明顯降低;噪聲階次突出率也明顯降低，滿足目標≤4dB，結果如圖8-11所示。主觀評價車內電機嘯叫聲明顯改善。

4 結論

永磁同步電機定子繞組形式對純電動汽車車內嘯叫聲有很大影響。本文通過對驅動電機定子繞組進行優化，有效降低了整車減速能量回收工況電機諧頻階次（24階、48階）引起的車內中高頻嘯叫聲，提升了該電動汽車車內噪聲舒適性。本文旨在為純電動汽車NVH性能開發和優化提供參考與借鑒。

參考文獻

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