摘要：純電動(dòng)汽車永磁同步電機(jī)是影響整車的NVH性能主要激勵(lì)源之一，通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子的分析與優(yōu)化，能有效降低電機(jī)諧頻激勵(lì)，減小電機(jī)振動(dòng)，從而提高整車NVH舒適性。文章以一款純電動(dòng)車型為例，重點(diǎn)講述通過(guò)測(cè)試排查減速能量回收車內(nèi)嘯叫問(wèn)題，確認(rèn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)24階、48階激勵(lì)通過(guò)結(jié)構(gòu)和空氣傳遞到車內(nèi)，引起車內(nèi)中高頻嘯叫聲，最終優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組得以改善，達(dá)到優(yōu)化車內(nèi)噪聲的目的，為純電動(dòng)汽車NVH性能開(kāi)發(fā)和優(yōu)化提供參考與借鑒。
作者信息：
姓名：朱建，鄭濤，呂運(yùn)川
單位：眾泰汽車工程研究院

前言
隨著世界環(huán)境問(wèn)題嚴(yán)峻化、國(guó)內(nèi)汽車排放標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格化，新能源電動(dòng)汽車作為一種使用電能作為驅(qū)動(dòng)能源的現(xiàn)代交通工具，將作為全球汽車工業(yè)當(dāng)前和未來(lái)發(fā)展的重點(diǎn)。純電動(dòng)汽車使用電機(jī)作為動(dòng)力源，是驅(qū)動(dòng)整車行駛的核心部件。而永磁同步電機(jī)（PMSM）因具有高功率密度、高效率、良好的轉(zhuǎn)矩特性，以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪聲振動(dòng)低等特點(diǎn)，是目前純電動(dòng)汽車的主流選擇。驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)將直接影響到車內(nèi)噪聲振動(dòng)舒適性。本文以某純電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中在減速能量回收工況車內(nèi)電磁嘯叫聲的優(yōu)化過(guò)程為例，考慮了驅(qū)動(dòng)電機(jī)高階諧頻激勵(lì)對(duì)整車NVH性能的影響，并對(duì)電機(jī)定子繞組進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到消除車內(nèi)高頻嘯叫聲的目的，旨在為純電動(dòng)汽車NVH性能開(kāi)發(fā)和優(yōu)化提供參考與借鑒。

1 問(wèn)題描述
該純電動(dòng)車型搭載的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含永磁同步電機(jī)、單速比減速器以及三合一控制器，布置方式采用前置前驅(qū)，電機(jī)轉(zhuǎn)子為8磁極V型，定子為48槽單層繞組結(jié)構(gòu)。在減速能量回收工況，電機(jī)轉(zhuǎn)速由3500rpm（轉(zhuǎn)/分鐘）降到1300rpm期間，主觀評(píng)價(jià)車內(nèi)有明顯高頻嘯叫聲。對(duì)該工況下車內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如圖1-2所示。


圖1 減速能量回收工況車內(nèi)噪聲（優(yōu)化前）


圖2 減速能量回收工況車內(nèi)噪聲突出率（優(yōu)化前）

2 診斷分析
對(duì)車內(nèi)噪聲及突出率彩圖進(jìn)行階次切片分析，如圖3-4。整車減速能量回收工況車內(nèi)嘯叫聲24階3500-1800rpm及48階2000-1300rpm均比較明顯，車內(nèi)噪聲突出率24階和48階在對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速均大于目標(biāo)4dB，測(cè)試結(jié)果與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)應(yīng)


圖3 車內(nèi)噪聲總聲壓級(jí)及階次


圖4 車內(nèi)噪聲突出率
本樣車驅(qū)動(dòng)電機(jī)為8極48槽永磁同步電機(jī)，主要激勵(lì)為8k階（k=1、2、3、4…）,24階為電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極數(shù)3階諧頻，48階為電機(jī)轉(zhuǎn)子磁極6階諧頻和定子齒槽數(shù)基頻。

3 電機(jī)階次嘯叫聲優(yōu)化
永磁同步電機(jī)三相交流繞組的形式很多，按繞組層數(shù)分為單層繞組和雙層繞組。單層繞組即每一個(gè)定子槽內(nèi)僅有一個(gè)線圈，雙層繞組則一個(gè)定子槽內(nèi)有兩個(gè)線圈（上層線圈、下層線圈），如圖5所示：


圖5 單、雙繞組結(jié)構(gòu)示意圖
單層繞組的特點(diǎn)是：槽內(nèi)無(wú)層間絕緣，槽利用率高；同一槽內(nèi)導(dǎo)體居于同一相，不會(huì)發(fā)生層間擊穿；線圈數(shù)較雙層少，線圈制造和嵌線方便，但不能做成短節(jié)距以改善磁場(chǎng)波形。
雙層繞組的特點(diǎn)是：可通過(guò)合理選擇節(jié)距和分布的辦法來(lái)改善感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)的波形，使永磁同步電機(jī)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(fù)雜,這樣能增加端部的掛漆量，削弱運(yùn)行過(guò)程中端部振動(dòng)。雙層繞組在運(yùn)行過(guò)程中能有效的減小電機(jī)扭矩波動(dòng)，從而也減小基頻以外的其他諧頻階次振動(dòng)噪聲。優(yōu)化試制定子雙繞組電機(jī)，如圖6所示。


圖6 定子繞組實(shí)物圖
在整車狀態(tài)下，通過(guò)示波器測(cè)試雙繞組電機(jī)電流波形，與單繞組對(duì)比雙繞組電機(jī)電流波形更為平順且正弦化，如圖7所示。

圖7 電機(jī)電流波形對(duì)比
經(jīng)整車測(cè)試驗(yàn)證，減速能量回收工況車內(nèi)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(biāo)≤4dB，結(jié)果如圖8-11所示。主觀評(píng)價(jià)車內(nèi)電機(jī)嘯叫聲明顯改善。


圖8車內(nèi)噪聲彩圖（優(yōu)化后）


圖9 車內(nèi)噪聲24階優(yōu)化前后對(duì)比


圖10車內(nèi)噪聲48階優(yōu)化前后對(duì)比


圖11 車內(nèi)噪聲階次突出率（優(yōu)化后）

4 結(jié)論
永磁同步電機(jī)定子繞組形式對(duì)純電動(dòng)汽車車內(nèi)嘯叫聲有很大影響。本文通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子繞組進(jìn)行優(yōu)化，有效降低了整車減速能量回收工況電機(jī)諧頻階次(24階、48階)引起的車內(nèi)中高頻嘯叫聲，提升了該電動(dòng)汽車車內(nèi)噪聲舒適性。本文旨在為純電動(dòng)汽車NVH性能開(kāi)發(fā)和優(yōu)化提供參考與借鑒。