驅動電機NVH的案例
驅動電機NVH問題治理的原理·方法·過程
業內難點·電機NVH
目前整個新能源行業都在面臨電機的NVH的挑戰，無論是主機廠還是零配件廠都為之困擾。從宏觀上來講這種困擾來源于兩個方面，一方面 主機廠有大量傳統汽車的NVH治理經驗，但發動機換成電機之后，不但驅動源特性發生本質性改變，甚至連傳動架構、NVH傳遞路徑也發生變化，這導致主機廠無從下手。另一方面電機廠處理傳統電機振動噪音問題的經驗也無法完全適用車輛驅動的系統。這是一個雙方都夠不著的領域，都還比較陌生，方法和手段也不太成熟。因此當NVH要求不斷提高時，給我們帶來了前所未有的挑戰。作為電機從業者把這些年電機NVH的經驗、方法總結分享出來。滴水成潭、希望能給您帶來啟發。
NVH為什么是個挑戰
一線的工程師深受NVH困擾，一大原因是電機振動噪音的機理眾多、各種干擾各種疑難雜癥導致我們診斷非常困難。同樣的異響聲，可能是電磁力過大，也可能是發生了模態共振；可能是軸承對端蓋的激勵導致的，也可能是機殼受激振動導致；有的成因很復雜涉及到電機和軸系頻率匹配問題，有的也可能很簡單是一顆螺栓松動導致的。我們的困擾在于如何在現場快速診斷，分辨出病因。
而設計工程師則受到另外一種問題的煎熬。一方面面臨NVH的壓力，需要不斷降低振動源能量（轉矩脈動、電磁力等），另一方面應輕量化小型化的要求，轉矩密度和功率密度的要求不斷提升，使得電機的磁、電負荷都非常高。這兩種設計目標是相互矛盾的，為了解決這個矛盾，需要我們不斷優化定轉子設計、改善設計方法。但總是車水杯薪，發展趕不上需求。
NVH問題的機理
有壓力方能有動力，這兩類困難成了倒逼我們成長的引擎，逼迫我們靜下心來，抽絲剝繭尋找表面之下，更深刻的東西。我們從電機NVH成因的機理出發，開始進入正題。
展開 新能源驅動電機NVH設計與優化
1 引言
在追求電機更優性能的目標時，提高功率密度一直是電機工程師重要工作之一。電機功率密度越高，意味著電機在同等重量下發揮更大的功率和扭矩輸出。
近年來，隨著新能源車驅動電機的推廣與應用，電機的NVH越來越受到消費者關注，電機NVH水平逐漸成為評價一個電機性能重要指標。研究表明，電機NVH表現與電機輸出功率和扭矩有直接關系。同一款電機，電機輸出功率越小，電機的NVH表現越好。
對于同一款電機，其動力性與NVH表現越來越成為一個矛盾點。尋找最佳平衡點，使得電機綜合性能最優，越來越成為電機設計的重要內容。
2 電機氣隙對電機性能和NVH的影響
為提高電機功率密度，在滿足加工精度、產品強度等設計要求的前提下，電機工程師偏向于設計更小的氣隙，。這主要是因為，隨著電機氣隙增大，帶來兩方面的影響：（1）氣隙增加，空氣磁導率低，磁路磁阻增大，磁力線通過能力減弱；（2）在切向結構的永磁同步電機中，轉軸側永磁體端部存在較大漏磁，氣隙長度增加，漏磁也增加。以上兩方面均會帶來電機性能的下降，即電機功率密度的降低。
然而小氣隙電機帶來了更明顯的電磁噪音，這主要是因為電機工作過程中，通過定、轉子間的電磁力作用，即切向的旋轉扭矩和徑向的電磁力，使得電機運轉起來。定、轉子間的電磁力，主要是徑向電磁力使定子產生振動而輻射噪音。通過增大氣隙，可減小氣隙磁場諧波分量，降低徑向力諧波，從而實現噪音的優化。
因此，綜合考慮輸出能力和NVH的影響，選擇合理氣隙至關重要。本文通過有限元法，仿真分析了兩種氣隙下電機性能和NVH表現，并通過試驗進行了對比驗證。
3 設計方案介紹
本文以某款永磁同步驅動電機為研究對象，電機為強制水冷，內轉子，電機最高轉速為12000rpm，電機殼體為鋁合金材料。
展開 解析 | 永磁電機及電驅動的NVH研發過程
前言：電動牽引傳動裝置比客車中傳統使用的內燃機更安靜，然而，由電動機和電力電子裝置組成的電動驅動裝置也必須針對NVH行為進行優化。麥格納動力總成為相關工藝步驟的高壓驅動和齒輪傳動引入了一種方法。
1：聲學上的挑戰（AKUSTISCHE HERAUSFORDERUNGEN）
這部分在德國的小論文中基本稱為引言（Einleitung）。作者提出汽車電動化是一個越來越明顯的趨勢。但是由于內燃機的取消和電動機的引入的電動化帶來的新的振動和噪聲問題必須好好重視起來，因為這和顧客體驗和產品質量密切相關。
接下來就是對整個研究內容的一個綜述。
電驅動器的典型聲學激勵機構是功率電子器件的電氣開關操作，電動機的不均勻性和變速器中的齒輪中的滾動噪聲，這部分如從傳統的具有內燃機（VKM）的驅動器中已知的那樣。
為了獲得高度的聲學舒適度，通過發動機支架和車輛結構的激勵和傳輸應該盡可能低。驅動器的內部機械結構要求是在軸承點處處于低振動水平，以使聲學傳遞結構路徑中的噪聲水平降低，要求還有就是要讓表面振動很小，以減少通過空氣中聲音路徑的傳輸。采用絕緣材料等次要措施可能會減少聲音的傳播，但其目的應該是盡可能降低聲音輻射。
Magna的動力總成部門研發了一款高壓電驅，這篇文章將重點講講在研發過程中的NVH優化改善問題，其中重點內容是齒輪嚙合激勵和驅動結構的振動。
在設計階段，就已經必須分析和改進結構的振動特性，例如，通過以上分析可以合理安排使用箱體加筋以及達到避免懸臂質量堆積的目的。盡管電磁電路的設計側重于關注性能和效率，但也應該考慮到設備的噪聲性能。計算過的非均勻磁場力將被用作NVH模擬的輸入量。
由于齒輪的滾動是周期性不均勻的過程，所以在齒輪之間產生可變的耦合剛度。這些數據被認為是NVH模擬中作為第二種激勵機制。
展開 純電動汽車驅動電機NVH開發
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純電動汽車驅動電機NVH開發探討！
純電動汽車驅動電機NVH開發探討！
汽車專題第五期 |新能源汽車—電機篇（一）
本期為新能源汽車專題之電機篇，里面有優質文章、免費視頻、最新文檔，快看看有沒有大家感興趣的內容吧！
文章
1.電動汽車電機懸置框架的安全性能和輕量化研究
主要內容：電機懸置框架的設計、懸置布置形式、框架結構設計、電器和線束布置、安全性能仿真分析、碰撞安全性能、方案結果及討論、、輕量化設計、鋁合金框架設計、碰撞安全性、結論...
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1826909
2.純電動汽車驅動電機NVH開發探討
主要內容：驅動電機NVH問題概述、驅動電機噪聲來源及機理介紹、驅動電機NVH開發核心要點、開發案例分享...
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1827135
3.純電動汽車電機嘯叫噪聲優化
主要內容：電機&階嘯叫問題、電機&階噪聲傳遞路徑分析、電機結構改進方案及效果驗證、電機&階噪聲主客觀對應分析、結論...
點擊鏈接查看內容：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1827344
4.電動汽車電機NVH技術
主要內容：電機電控基礎、正向開發關鍵技術、案例（電機仿真、電機噪聲優化、電控噪聲優化）...
展開 新能源汽車驅動電機NVH仿真中的電磁力處理
電機NVH是一個多物理場耦合的問題，其中涉及到的電磁、機構運動、熱流等領域，對應仿真也需要采用多個不同領域的求解器聯合求解。目前，對于由于電磁載荷引起的電機噪聲仿真一般采取先進行電磁仿真提取電磁力，然后將提取的電磁力加載到結構有限元模型上進行結構振動噪聲仿真的流程。
電磁仿真需要采用考慮運動的時域求解器，因此往往采用2D模型提高仿真分析效率。結構有限元模型往往為三維網格，求解采用頻域算法。電磁仿真的模型和結構仿真模型是兩套不同的模型網格。如何快速高效的建立電磁仿真和結構振動噪聲仿真模型之間的數據傳遞是目前大多數電機NVH仿真工程師所關心的。西門子Simcenter 3D技術團隊針對這個問題，開發了針對性的程序，可以快速方便的解決從電磁仿真到振動噪聲仿真之間電磁力處理的問題。程序功能主要應用可以概況為以下幾點：
1. 任意定子結構加載位置選擇
為了實現低噪音設計，在電機結構設計中定子齒的齒頂往往不再是圓弧形。出現了平齒、內凹、外凸等多種形狀。針對這些新的結構型式，如何能夠快速高效的提取齒頂的載荷？
在我們的程序中，只需要設置關注的區域范圍，軟件會基于實際的2D電磁網格及電磁力自動提取齒頂的電磁力，并將2D的電磁仿真計算出的電磁力拉伸為用于有限元網格加載的電磁力。通過該程序，我們可以實現：
精確考慮外凸和內凹齒面效果
精確切向力引起定子齒變形
減小電磁力文件大小
2. 基于多個穩態轉速的電磁階次力提取
在計算電機加速噪聲時的電機轉速是變化的，在電磁仿真時的工況為恒定轉速工況。電機實際的振動噪聲問題往往體現為階次的特征，所以采用階次計算的方式計算振動噪聲可以更好的對電機振動噪聲進行分析。
展開 電驅動系統NVH系列：電機徑向力相位對振動噪聲的影響
電機徑向力相位對振動噪聲的影響
方江龍 唐旭
懿朵科技
對于三合一或多合一電驅動系統，其常見NVH問題包括兩類：低速區由切向激勵激發總成彎扭模態引起的彎扭振動；高速區由零階徑向激勵與圓柱零階模態共振引起的徑向振動并輻射高頻噪聲?，F有研究表明，轉子分段斜極對抑制齒諧波電勢、各階次諧波以及齒槽轉矩均有明顯作用，因而對改善低速區扭矩問題有顯著效果。與此同時，寶馬工程師研究對比了不同斜極形式下，零階激勵與結構零階模態共振峰位置及幅值影響。揭示了徑向力相位對零階共振的影響。在該研究中認為，轉子分段后不同段之間磁勢的相位差滿足如下關系：
并進一步分析不同斜極形式與零階模態的共振形式及幅值差異。文中結果表明，V型斜極及ZigZag斜極將顯著改善零階模態共振問題。
作者近期研究結果表明，以V型斜極為例，假定不同段上零階激勵力幅值相同，相位相差180°，呼吸模態處噪聲峰值較無斜極降低量大于10dB。
展開 電驅動NVH特點以及研究現狀
隨著全球的電動汽車熱潮的推進，電驅動總成的NVH 性能越來越受到重視，逐漸成為研究學者們的研究重點。NVH 是噪聲、振動與聲振粗造度（Noise、Vibration、Harshness）的英文縮寫，汽車駕駛的舒適性與作為電動汽車核心部件的電驅動總成有關，電驅動總成的振動噪聲的表現直接影響電動汽車的NVH 性能。本文通過對驅動電機進行理論分析，從而推導出驅動電機的NVH 性能。
隨著國內新能源車的提出，讓大家對電驅動更加關注，然而電驅動也存在一些問題，具體表現為：
1.1 電機NVH
特征一：電磁激勵噪聲，其噪聲主階次成份與電機的極數和槽數有關。
特征二：PWM 載波頻率，與逆變器開關頻率的控制策略有關，逆變器將高壓直流電轉變為交流電時產生該噪聲成分。
特征三：電機結構共振產線的噪聲。
展開 淺談新能源汽車NVH—永磁同步驅動電機徑向電磁力致噪聲的來龍去脈
眼下汽車新四化已成為行業共識，汽車電動化的浪潮也越來越澎湃，電驅動作為新能源汽車能量轉換的關鍵一環，對新能源汽車的舒適性有著很大的影響。如圖1所示，沒有了發動機的掩蔽效應，電驅動和電控系統噪聲成為主要噪聲源，且其中高頻的特性使得聲品質的關注度大幅上升。且隨著驅動電機朝著寬調速區間、更高轉速、輕量化等方向的發展，給電機的NVH性能開發帶來了更多的挑戰。電機的NVH涉及的知識較為交叉，一些概念容易被混淆從而加大理解的難度，本文將針對永磁同步電機徑向電磁力致噪聲，力求用直白的描述簡略地介紹清楚其中的機理。
圖1.傳統燃油車和新能源車的NVH問題分布
1
本文討論范圍的界定
驅動電機噪聲可以大致分為機械噪聲、電磁噪聲、氣動噪聲（液冷則無），其中電磁噪聲機理相對復雜，聲品質較差，常表現為高頻的嘯叫，容易引起人們的不適，電磁噪聲是本文討論的范疇。
電機電磁噪聲是由電磁力引起，其中電磁力可以分為麥克斯韋力和磁致伸縮力，一般情況磁致伸縮力的噪聲貢獻較小，本文只討論麥克斯韋電磁力；按照電機的結構，一般將電磁力分為切向力和徑向力，切向電磁力一般會導致轉矩波動，進一步帶來振動噪聲，而徑向電磁力會導致定子振動從而向結構傳遞振動和向空氣輻射噪聲，如圖2所示。限于篇幅，徑向電磁力導致的永磁同步電機定子振動噪聲是本文討論的對象。
展開 淺談新能源汽車NVH—永磁同步驅動電機徑向電磁力致噪聲的來龍去脈
來源：模態空間 作者：朱碧華
眼下汽車新四化已成為行業共識，汽車電動化的浪潮也越來越澎湃，電驅動作為新能源汽車能量轉換的關鍵一環，對新能源汽車的舒適性有著很大的影響。如圖1所示，沒有了發動機的掩蔽效應，電驅動和電控系統噪聲成為主要噪聲源，且其中高頻的特性使得聲品質的關注度大幅上升。且隨著驅動電機朝著寬調速區間、更高轉速、輕量化等方向的發展，給電機的NVH性能開發帶來了更多的挑戰。電機的NVH涉及的知識較為交叉，一些概念容易被混淆從而加大理解的難度，本文將針對永磁同步電機徑向電磁力致噪聲，力求用直白的描述簡略地介紹清楚其中的機理。
圖1.傳統燃油車和新能源車的NVH問題分布
1 本文討論范圍的界定
驅動電機噪聲可以大致分為機械噪聲、電磁噪聲、氣動噪聲（液冷則無），其中電磁噪聲機理相對復雜，聲品質較差，常表現為高頻的嘯叫，容易引起人們的不適，電磁噪聲是本文討論的范疇。
電機電磁噪聲是由電磁力引起，其中電磁力可以分為麥克斯韋力和磁致伸縮力，一般情況磁致伸縮力的噪聲貢獻較小，本文只討論麥克斯韋電磁力；按照電機的結構，一般將電磁力分為切向力和徑向力，切向電磁力一般會導致轉矩波動，進一步帶來振動噪聲，而徑向電磁力會導致定子振動從而向結構傳遞振動和向空氣輻射噪聲，如圖2所示。限于篇幅，徑向電磁力導致的永磁同步電機定子振動噪聲是本文討論的對象。
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電機NVH測試優化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電
電機NVH測試優化：鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用
在新能源汽車、工業電機、家電電機等領域，NVH（噪聲、振動與聲振粗糙度）功能是評估電機品質的核心指標，直接影響產品舒適性、可靠性與市場競爭力。電機NVH測試的核心訴求是準捕捉噪聲與振動信號，而測試基準的穩定性直接決定信號采集的真實性。鑄鐵平臺作為電機NVH測試臺的核心基礎部件，憑借高剛性、低振動、強抗干擾的特性，為噪聲振動測試搭建穩定基準，是優化NVH測試精度與效率的關鍵支撐。本文深解析鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，融入電機噪聲測試平臺、振動測試基準平臺等高頻關鍵詞，為NVH測試方案優化提供技術參考。
電機NVH測試的核心痛點是“信號干擾導致測試失真”。噪聲振動信號本身具有微弱性、高頻性特點，測試過程中，電機運行產生的振動易引發測試基準變形，車間環境噪聲、地面振動、其他設備運行干擾等，也會混入測試信號，導致真實的電機NVH信號被掩蓋。普通測試基座難以這些干擾，而鑄鐵平臺通過科學的結構與工藝設計，從根源上優化測試環境，為準采集NVH信號筑牢基礎。
鑄鐵平臺在噪聲振動測試中的基礎作用，主要通過三大核心價值實現，為NVH測試優化提供關鍵支撐。其一，高剛性結構保障測試基準穩定。平臺主體選用HT250強度灰鑄鐵或QT600球墨鑄鐵，經高溫時效+振動時效+自然時效三重處理，殘余應力去除率≥99%，搭配“箱型封閉框架+十字交叉加密筋板”設計，筋板厚度≥25mm，臺面厚度≥100mm，在電機振動載荷作用下，臺面撓度≤0.01mm/m，無塑性變形。穩定的基準面可避免電機安裝位置偏移，確保振動傳感器采集的信號真實反映電機本身振動特性，減少基準變形導致的測試誤差。
其二，優異阻尼特性抑振動干擾。
展開 汽車專題第七期 |新能源汽車—電機篇（三）
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5.新能源驅動電機NVH設計與優化
主要內容：電機氣隙對電機性能和NVH的影響、設計方案介紹、仿真分析結果、試驗驗證、總結...
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6.油冷電機技術講解
主要內容：電機熱管理系統概述（開放式風冷結構、完全封閉結構、復合結構）、油冷系統（概述、工作原理）、優點與挑戰...
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7.新能源汽車講解丨電機控制器的結構與功能
主要內容：電動汽車驅動電機控制器概述、電動汽車驅動控制器的基本結構（殼體與連接器、電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率性元件）、驅動電機控制器的功能（CAN通訊、能量轉換、扭矩執行、放電功能、安全保護功能）...
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8.電動汽車電機驅動系統EMC設計及測試研究
主要內容：電機驅動系統EMC影響因素分析（騷擾來源、傳播路徑）、電機驅動系統EMC設計要點、測試案例、總結...
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9.一文了解新能源汽車常用的驅動電機類型及原理
主要內容：交流異步電機（結構、工作原理、優缺點和應用范圍）、永磁同步電機（結構、工作原理、優缺點和應用范圍）、開關磁阻電機（結構、工作原理、優缺點和應用范圍）、總結...
展開 國產電機驅動芯片助力智能門鎖電機驅動領域
電機驅動芯片是控制門鎖電機運轉的核心技術，它能精確控制門鎖的開鎖和關鎖操作；智能門鎖中運用驅動芯片可實現多種開鎖方式，如密碼、指紋、手機APP等，極大地提升了門鎖的便捷性和靈活性；由工采網代理的電機驅動芯片 - SS8837T此款芯片滿足了低電壓，大電流，低功耗，過流保護等特點，非常適合智能鎖產品中的應用。
智能門鎖是現代家庭安全的重要組成部分，一般由鎖體、電路板、馬達、顯示屏、鎖芯、傳感控制器等組成；而電機驅動芯片負責驅動鎖舌的伸縮，通過精確控制電機的旋轉方向和速度，能夠確保鎖舌的快速、平穩伸出和縮回，從而提高智能鎖的穩定性和可靠性；實現門鎖的開關功能。
SS8837T是用于驅動一個直流電機或其他設備（如螺線管）以下典型應用電路可用于配置 SS8837T芯片上電時，VCC 的不能滯后于 VM 上電；掉電時，VM 不能滯后于 VCC 掉電。如果電源電壓在 1.8 和 12V 之間，則建議把 VCC 和 VM 連接在一起。
VM 供電電壓沒有任何欠壓鎖定保護 (UVLO)，因此只要 VCC > 1.8，內部設備邏輯將保持活動狀態。這意味著 VM 引腳電壓可能會降至 0V，但是，在 VM 電壓較低時，可能無法充分驅動負載。
SS8837T是一款H橋驅動器，可以驅動一個直流電機或其他設備（如螺線管）；能夠提供高達1.8A的輸出電流；它運行在0 至 12V之間的電機電源電壓，以及1.8V 至 12V范圍內的器件電源電壓上。采用DFN2x2-8L封裝；使用PWM輸入接口（也稱為 IN/IN 接口）進行控制；每個輸出由相應的輸入引腳控制。
其導通電阻：高側 + 低側 (HS+LS)0.26Ω；輸出由N溝道功率MOSFET組成的H橋電路，以驅動電機繞組；內部電荷泵生成所需的柵極驅動電壓。
展開 新應用：無刷云臺電機驅動應用中的電機驅動芯片
由工采網代理的SS6343M是一款針對三軸手持云臺相機-三軸無刷云臺-無人機云臺推出的三相直流無刷電機驅動芯片；該芯片具有輸出電流大、導通內阻低、輸入內壓高、超小型封裝、性能卓越，芯片性價比高等優勢；其軟硬件完全可PIN TO PIN兼容替代MP6543。
云臺無刷電機是一種結合了云臺機械結構和無刷電機驅動技術的設備。它的工作原理與普通的無刷電機差不多，但是加入了機械結構，可用于平穩地承載和回轉相機、望遠鏡等設備，實現穩定拍攝和觀測。
云臺無刷電機的軸承通常采用滑動軸承或者球軸承，用以支撐設備，實現平穩旋轉。同時，云臺無刷電機還可以通過控制器的編碼器進行位置和姿態的控制。如果需要更加穩定的操作，還可以加裝陀螺儀。
無刷電機的工作原理是基于電磁感應原理和電子技術，即通過定子的磁極交替產生磁場來驅動轉子旋轉。通常，無刷電機有三個定子和一個轉子，每個定子上有若干個線圈，線圈的相鄰兩極各有一個磁鐵。
無刷電機和云臺無刷電機都是一種高效、低噪音、低故障率的電機，廣泛應用于工業、航空、醫療等領域。無刷電機的工作原理是通過定子的磁極交替產生磁場來驅動轉子，而云臺無刷電機是將無刷電機與機械結構相結合，實現平穩旋轉。
直流無刷電機驅動芯片 - SS6343M，是一種三相無刷直流電機驅動器。其工作電壓范圍：3V～16V；導通電阻僅為140mR；提供24管腳的3mmx4mm QFN封裝，帶外露散熱盤；芯片集成了三個半橋，包括六個N溝道功率 MOSFET，以及前置驅動器、柵極驅動電源；為每個?-H電橋提供使能和PWM輸入。
SS6343M能夠持續提供2A的驅動電流（取決于溫度和PCB條件），電流保護閾值峰值可達7A。
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