某款电动汽车驱动用永磁同步电机噪声分析

　　姚学松，陶文勇（奇瑞新能源汽车股份有限公司，安徽 芜湖 241002）

　　摘 要：通过对某款电动汽车驱动用永磁同步电机的噪声进行分析，发现其存在48阶次噪声大的问题。为了削弱电机的48阶次噪声，本文提出了4种优化方案，通过对4种优化方案分别进行验证和测试，结果显示，转子磁钢结构优化和转子铁心外圆增加辅助沟槽2个方案对电机48阶次噪声有较大的改善。最终实施上述2个方案，原车尖锐、刺耳的电磁声及啸叫声明显削弱，提升了整车的驾驶舒适性。

　　关键词：电动汽车；永磁同步电机；噪声；磁钢；转子铁心

　　0 引言

　　永磁同步电机所具有的高效率、高功率密度等特性使其广泛应用于纯电动汽车的驱动电机。对纯电动汽车而言，驱动电机作为整车的动力总成部分，其所产生的噪声也是整车的主要噪声来源。噪声作为电机的主要质量指标之一 ^[1] ，其水平也决定了整车的驾驶舒适性。因此，电机噪声的控制也成为了当前电机性能优化的重要课题。

　　本文基于某款纯电动汽车驱动用永磁同步电机的噪声分析，发现当电机转速运行在（1 500 ~6 000）r/min时，其48阶次噪声明显。因电机的总体磁路结构重新设计的成本高、周期长，本文在不改变电机主要磁路结构的前提下，通过对电机转子磁钢结构优化、转子铁心增加沟槽、电机定子绕组树脂浇注、电机壳体强度提升等措施的对比分析，来评估各措施对电机噪声的贡献，通过测试结果表明，上述方案对电机噪声有一定的改善，具有实际应用价值，为电动汽车驱动用永磁同步电机噪声的优化提供了相关的依据和经验。

　　1 纯电动汽车驱动电机噪声分析

　　如图1所示，根据整车噪声测试数据，结合驱动电机所采用的48槽设计方案，可判断其中48阶次噪声主要来源于驱动电机，此时的电机转速在（1 500~6 000）r·min ^-1 ，对应整车的车速在（25~75）km/h。此时整车主要表现为啸叫声明显，电机电磁噪声尖锐、刺耳 ^[2] ，而在汽车的日常行驶中又主要集中在此车速段，因此优化此转速段的电机噪声对整车的驾驶感受具有较大的提升。

　　2 驱动电机噪声优化分析

　　考虑到该款驱动电机已进入到批量生产阶段，对电机的磁路结构、电磁方案等进行重新设计的费用高、周期长，本文仅通过对电机定、转子、壳体等局部进行优化设计、工艺改进来改善电机噪声。

　　2.1 转子磁钢结构优化

　　电机的电磁噪声主要是由电机内部各种频率的谐波引起，而通过转子斜槽或定子斜极来削弱齿谐波是电机生产制造过程中降低电磁噪声的一种常用方法 ^[3] 。

　　如图2所示，左侧为原驱动电机的转子结构，磁钢采用两段式斜槽结构布置，右侧为优化后的转子结构，磁钢采用四段式交叉布置。优化前后的噪声测试结果如图3所示，电机运行工况：转速（1 500~6 000）r/min ¹ ，额定转速前峰值扭矩250 N·m，额定转速后峰值功率95 kW。优化后的方案其48阶次噪声在（2 200 ~5300）r/min ¹ 转速段及6 000 r/min ¹ 附近改善效果较明显，噪声降低约（5~15）dB，全转速段的噪声总值优化后方案也低于优化前。

　　2.3 转子铁心结构优化

　　电机运行时的转矩脉动同样会引起电机的噪声和振动，因此削弱转矩脉动也是优化电机噪声的方案之一。齿槽转矩是电机带载运行时转矩脉动的主要来源之一，但除齿槽转矩外，通过对转子铁心外圆增加辅助沟槽同样能削弱电机的转矩脉动 ^[4] 。

　　如图4所示，在转子铁心外圆相邻的两组磁钢之间增加一组弧形的辅助槽。优化前后的噪声测试数据如图5所示，电机运行工况同2.1。转子外圆增加辅助沟槽后，48阶次噪声在全转速段降低约（5~15）dB，噪声总值也改善明显。

　　2.3 定子绕组树脂浇注

　　电机的噪声除电磁噪声外还包含机械振动所引起的噪声。电机的定子铁心一般由硅钢片叠压而 成，叠片之间存在间隙；定子绕组主要由多根松散的漆包线组成，并嵌入到定子槽内，漆包线之间也存在间隙，同时因电机槽满率及生产工艺的限制，绕组与定子槽之间也存在较大的间隙。这就导致定子的结构松散，易产生振动噪声。

　　本文通过对电机定子绕组进行整体环氧树脂浇注，提高电机定子的结构强度，提升定子的固有频率，降低电机因定子机械振动所产生的噪声。如图6所示，为环氧树脂浇注后的电机定子，整个绕组的端部及定子槽内均被环氧树脂填充。浇注前后的噪声测试结果如图7所示，电机运行工况同2.1。定子绕组浇注后其48阶次噪声在（1 500~2200）r/min及2 700~6000）r/min转速段噪声降低约5 dB，全转速段的噪声总值也略有降低。

　　2.4 电机壳体增加加强筋

　　电机的机械振动噪声除了定子的振动引起外，还包含电机的外壳体振动所产生的噪声。该款电机作为电动汽车驱动电机，其输出端需要匹配减速器设计法兰安装面，为了提升法兰侧的结构强度，降低振动噪声，本文对法兰处增加加强筋，如图8所示。

　　电机外壳体增加加强筋后，噪声测试数据见图9，电机运行工况同2.1。改后的电机在3 000 r/min ¹ 附近及4 600 r/min ¹ 之后噪声有约（5~10）dB的降低，其它转速段噪声略有增加，噪声总值基本无变化。

　　3 结果分析

　　通过对上述四种方案对比分析发现，转子磁钢结构优化、转子铁心外圆增加辅助沟槽对该款电机48阶次噪声及噪声总值改善均较明显；定子绕组环氧树脂浇注对电机噪声虽然有一定的改善，但改善效果不明显；电机壳体增加加强筋方案对电机噪声无明显改善。

　　综上，考虑到定子绕组环氧树脂浇注需要投入专用设备，工艺复杂、费用高且效果不明显，最终实施前两种方案。将改进后的电机搭载到整车上，测得的车内噪声阶次彩图如图10所示，48阶次噪声明显被削弱，车内噪声整体降低约5 dB，整车车速在（25~75）km/h时的啸叫声也改善明显，提升了整车的驾驶舒适性。

　　4 结论

　　本文通过对某款纯电动汽车驱动用永磁同步电机的噪声进行分析，提出了四种降低电机48阶次噪声的优化方案，并分别进行了对比验证和测试。结果显示，转子磁钢结构优化和转子铁心外圆增加辅助沟槽对电机48阶次噪声有较大改善。最终改善后的电机搭载到整车上，原车尖锐、刺耳的电磁声及啸叫声明显削弱，提升了整车的驾驶舒适性。

　　参考文献

　　[1] 陈永校,诸自强,应善成. 电机噪声的分析和控制[M]. 杭州：浙江大学出版社, 1987.

　　[2] 陈士刚,沙文瀚,杭孟荀,等. 某款纯电动汽车用驱动电机噪声分析[J]. 汽车零部件, 2019(1):22-24.

　　[3] 唐庆华,张林. 采用斜槽降低三相异步电动机电磁噪声[J]. 防爆电机, 2015,50(1):14-20h.

　　[4] 贺小克,沈建新. 表面式永磁同步电机转子辅助槽对转矩的影响[J]. 微电机, 2018,(1):1-4.

　　本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第12期第74页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。