電動汽車電動機噪聲分析與優化

閆云敬 董志輝 覃振杰

關鍵詞：電動汽車 電動機噪聲 分析 優化

1 引言

在電動汽車中，電機系統與電動汽車的動力、安全、經濟及噪音振動等方面的性能，存在著緊密的聯系。因此，在生產電動汽車時，電機系統的選擇非常關鍵，實踐證明，功率密度大、轉矩密度大、低速重載性能好、調速范圍寬、高效區寬、穩定性好、噪音低的電機系統是最佳選擇。如果采用高轉速和高功率的電機系統，那么它的噪音問題就特別嚴重。為了提高大眾對電動汽車的使用體驗，加強對電動汽車電機系統的研究具有重要的意義。

2 簡述電動汽車中的電機系統

與工業上使用的電機具有較大的不同性，應用在電動汽車上的電機系統需要具備一定的使用特點，例如，能夠適用加速、減速、爬坡、頻繁的啟動等操作要求，不管是高速行駛，還是低速行駛，高轉矩和低轉矩能夠轉換自如。實踐中，電動汽車驅動電機具體的要求主要包括以下幾點：其一，過載能力必須要達到要求，一般需要具備四倍左右的過載能力，不管是短時的加速，還是需要爬坡行駛，都能滿足使用者的需要，提供良好的駕駛體驗。其二，以巡航時的速度為基準，電動汽車的最高轉速可達其的五倍之多。其三，在較寬的轉速和轉矩范圍內，使用效率都非常令人滿意。其四，電動汽車的驅動電機具有良好的動態性、性能的穩定性、控制性和可靠性，工作狀況令人滿意。

在實踐中，依據電動汽車使用的牽引電機類型的差異性，可以范圍直流驅動系統和交流驅動系統。感應電動機、永磁同步電機及開關磁阻電動機是交流驅動系統經常會用到的電機類型。

3 電動汽車電機系統的噪聲分類

3.1 電磁噪聲

電磁噪聲是電動汽車噪聲的其中一種，其的傳播途徑是磁軛，是氣隙磁波作用在定子鐵心齒上形成的。而電磁噪聲的主要來源是定子鐵心產生的振動變形的徑向分量，當徑向電磁力波與定子的固有頻率接近時，共振現象產生，極大的增強了噪聲的聲量。

在電機運轉的時候，帶有旋轉的力波是氣隙磁場的表現形式，此狀態下產生的電磁力具有交變的特性。氣隙磁場中不僅包括主磁通，還包含有很多的諧波分量，它們所具備的頻率并不是相等的，通常與齒數、槽數有很大的關系，是這些數量關系的數倍之多。

產生電磁噪聲還具有一些其他的原因：

（1）鐵心飽和導致的。當鐵心處于飽和狀態時，磁場正弦分布的頂端就會變得平坦，諧波的分量就會被分次數的增強，最終使得電磁噪聲被放大了。

（2）開口槽方面造成的影響。眾所周知，不管是定子，還是轉子，它們的槽都是開口槽，氣隙磁導在旋轉的時候是不穩定的，處于不斷的變化和波動中。氣隙磁場中出現了很多在基波磁勢作用下產生的“槽開口波”。它們與氣隙和槽開口大小有很大的關系，氣隙越小，槽口越寬，幅值相應的就會越大。

3.2 機械噪聲

機械噪聲的產生是無法避免的，是任何的機械零件在運動的過程中，都可能產生的。在電動汽車的電機系統中，機械噪聲和電磁噪聲具有千絲萬縷的聯系。如果存在著結構振動，電磁場就會受到一定的影響。同樣的，電磁力的存在，也會對機構件的振動頻率和幅值產生一定的影響。機械噪聲并不是一成不變的，而是會隨著電機的轉速和負載電流的大小大變化而發生相應的增大或者降低的變化。在高速運轉的狀態下，機械噪聲成為電機噪聲的最主要的形式，當然，這其中少不了軸承、結構及電刷等產生的共振而產生的噪聲。

電動汽車的電機主要用到滾動軸承和滑動軸承?；瑒虞S承的特點是噪聲角度，主要運用在大型的電機和微型電機當中。而滾動軸承的優勢比較明顯，不僅承載能力較大，而且穩定性較強，維護工作比較容易。但是其的劣勢也不能忽視，那就是運行中會產生較大的噪聲，成為電機的主要噪聲源。產生機械噪聲最常見的原因是轉子運動時平衡性較差造成的。如果其的頻率和旋轉頻率具有高度的一致性，那么產生的噪聲往往是低頻噪聲。而如果定子、轉子的旋轉頻率具有較大差異時，就會產生較大的機械噪聲。

3.3 空氣動力噪聲

在電動汽車中，電機產生的空氣動力噪聲具有笛鳴噪聲和渦流噪聲之分。渦流噪聲產生的原因，主要是由于轉子和風扇共同作用產生，它們產生的冷卻空氣湍流在旋轉表面交替出現渦流引起的，具有較大涉及面。而笛鳴噪聲的產生，主要是由于空氣被過分壓縮，或者空氣在固定的障礙物上遭到了摩擦而產生的，同理人們日常吹口哨的情形。旋轉電機空氣動力噪聲的產生是無法回避的，噪聲的產生與轉子的表面圓周速度、表面粗糙度、風扇的空氣動力特性和突出的零件形狀都有關系?？諝鈩恿υ肼暿怯呻S軸儀器旋轉的冷卻風扇造成的空氣流動形成的噪聲，與風扇與轉子的形狀、表面的粗糙度、風道的形狀等有著緊密關系。

4 電動車降噪優化措施分析

4.1 應對電磁噪聲的方法

重視抓極的設計工作，體現出一定的合理性，構成正弦勵磁場環境，盡量減少諧波的干擾;規避低磁力波的干擾，做好槽配合的選擇;氣隙磁密必須做好科學性的選擇;定子和轉子的裝配很關鍵，做好圓度和同軸度的調節，對降低電磁噪聲是非常有幫助的。

4.2 應對結構噪聲的方法

要想有效降低電動汽車的結構噪聲，就需要在轉子的動平衡度上下一番功夫。在電動汽車結構件運行的基礎上，運用轉子最大程度實現動平衡，特別值得注意的是，在電動汽車上運用了不等距風扇時，動平衡狀態的實現，不應該忽視風扇的存在，而應該將其的狀態考慮其中。

另外，減小和隔離結構震動的方法也是非常重要的內容點。主要包括：其一，想辦法使得主要結構件的固有頻率與主機振力頻率相比較，產生較大的差異性。其中最重要的是，結構件的共振動頻率，必須要和高階電磁激振力的振動頻率具有較大的差別性，才能保證降低結構震動的方法是有效的。其二，有必要在電機端蓋和定子鐵心之間做好聯結處理。其三，運用一些措施，進一步增強電機結構內部的阻尼效力。

5 簡析電動汽車出現噪聲故障的診斷

電動汽車電動機的噪聲測試通常會在臺架上來完成，測試系統主要包括硬件部分和軟件部分，不同于以往傳統的測試方式，如今硬件測試采用是陣列系統，包含二十幾個傳聲器。借助MKLL 對大量數據進行收集，并及時的傳送至計算機終端，再經過計算機系統的分析和處理，噪聲的頻譜的得以呈現，通過電機噪聲聲場的重建，找到噪聲的準確位置。

在實踐中，針對電動汽車電動機發出的故障噪聲，開展頻譜的測試，經過電機部件常見頻段和電機聲場的重建，對尋找和確定電機故障發生的準確位置是非常有幫助的。例如，電動汽車的電動機軸承出現故障，引起的原因并不是唯一的，可能是使用中的軸承質量不好，或者是軸承的安裝不規范，或者軸承的磨損嚴重等原因造成的。由此可見，通過對電動汽車噪聲的研究和分析，一定程度上對電動汽車的故障診斷發揮著重要的作用。例如，駐車背景噪音、真空泵噪音和電池風扇噪音測試如下：

結論：電池風扇噪聲是駐車時的主要噪聲源，經1/3 倍頻譜進行檢測，峰值主要保持在310Hz 左右，而其他部件噪聲的的影響較小。

6 結語

隨著生態環境問題的日益嚴重，電動汽車逐漸走入了大眾的生活當中，發揮著重要的作用，受到人們的廣泛認可和喜歡。在實踐中，電動汽車運行中經常會出現一些噪聲，引起噪聲的原因很多，需要認真分析，并有意識的進行優化，以便給人們帶來更好的使用體驗。