电动汽车NVH特性与电机系统分析

“电机系统NVH综述.docx” NVH（Noise, Vibration, and Harshness），即噪声、振动与声振粗糙度，是衡量机械设备尤其是汽车性能的重要指标。在电机系统中，NVH分析对于优化设计、提高用户体验至关重要。本文主要探讨了电机系统的NVH特性，以及与之相关的噪声源和振动源。 首先，NVH中的“分贝”(dB)是衡量声音强度的无量纲单位。人耳对1000Hz至6000Hz的频率范围最为敏感，而可听范围则在0-120dB之间。在测试电机系统的NVH时，通常会区分近场和远场。近场测试距离一般设定为0.1m，远场则为0.5m或1m。汽车行业通常使用半消音室进行NVH测试，以减小背景噪声干扰，而混响室则用于确保声压级的一致性，适用于零部件的隔声特性的测量。 对于电动汽车和传统燃油车，NVH特性存在显著差异。传统燃油车的噪声主要源于发动机，表现为低频和中频阶次特征，如轰鸣声。而电动汽车由于没有发动机，噪声主要来自电机、电控和减速器，以高频为主，如啸叫声。电动汽车的声压级虽低，但因其高频特性，更容易穿透人耳敏感的频率区域。 电动汽车电驱系统具有高速、高功率、高扭矩的特点，这可能导致更大的电磁力和机械振动。此外，由于高度集成化，系统的耦合变得更加复杂。常见的驱动电机类型包括永磁同步电机和交流异步电机。永磁同步电机效率高、功率密度大，但成本较高且存在高温退磁的风险；交流异步电机则成本较低，无退磁风险，但功率密度和调速性能相对较低。 电机的基本工作原理是通过IGBT将直流电转换为交流电，然后在定子绕组上产生旋转磁场，该磁场与转子永磁体相互作用产生电磁力矩，驱动电机旋转。电机系统的噪声主要分为电磁力作用噪声、轴承异响、转子动不平衡引起的振动噪声、定转子不对中噪声以及PWM脉宽调制产生的谐波噪声。其中，电磁力作用噪声主要由径向力和切向力造成，径向力是主要噪声来源，而切向力则与转矩脉动相关。 电磁力与定子模态紧密相关，径向力波由定转子气隙谐波磁场产生，其幅值与气隙磁密的平方成正比，与空气磁导率成反比。转子斜极次生力会引起轴向窜动，对电磁噪声也有一定影响。因此，优化电机设计，减少这些力的影响，是降低NVH的关键。 电机系统NVH的研究涉及多个方面，包括声学原理、电磁力学、振动分析以及控制策略等。通过深入理解这些原理，工程师可以设计出更安静、更稳定的电机系统，提升电动汽车的整体性能和驾驶舒适性。