理论教育 电动汽车电驱动系统噪声分析

电动汽车电驱动系统噪声分析

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:当径向电磁力波与定子的固有频率接近时,就会引起共振,使振动与噪声大大增强。因此电磁噪声中不但有两倍于电源频率的主磁通引起的噪声,主要还有谐波磁通产生的频率较高的噪声。滑动轴承一般用于微型电机和大型电机,噪声相对较低;滚动轴承可靠性高,维护简单,承载大,但其运行噪声较大,常成为电机的主要噪声源。电机内的笛鸣噪声主要是径向通风沟引起的。

电动汽车电驱动系统噪声分析

1.电磁噪声

电磁噪声是电动汽车电驱动噪声的主要成分,它通过磁轭向外传播,气隙磁波作用在定子铁心齿上,产生径向和切向磁力两个分量,使定子铁心产生的振动变形的径向分量是电磁噪声的主要来源,使齿根部弯曲产生局部变形的切向分量是电磁噪声的次要来源。当径向电磁力波与定子的固有频率接近时,就会引起共振,使振动与噪声大大增强。电机在运行时,气隙磁场是一个旋转的力波,其产生的电磁力是交变的。气隙磁场中除了主磁通外,还有很多次的谐波分量。它们的频率往往与齿、槽数成倍数关系。因此电磁噪声中不但有两倍于电源频率的主磁通引起的噪声,主要还有谐波磁通产生的频率较高的噪声。产生电磁噪声的其他原因有:

(1)铁心饱和的影响

当铁心饱和时,会使磁场正弦分布的顶部变得平坦,在磁场分布中加大了3次谐波的分量,使电磁噪声增加。

(2)开口槽的影响

定、转子槽都是开口的,气隙磁导在旋转时是变化和波动的。气隙磁场中出现了很多在基波磁势作用下产生的“槽开口波”。它们与气隙和槽开口的大小有关,气隙越小,槽口越宽,幅值越大。

(3)磁通振荡噪声

直流电机中,由于电枢齿距与补偿绕组节距选择和配合不当,以及主磁极极弧宽度与电枢齿距配合不当,都将产生电磁噪声。这主要是磁通在电枢和极靴表面的横向振荡,以及极靴边侧磁通在电枢表面横向振荡的结果,与电机负荷及转速有关。这种噪声有时表现为很强烈的“嗡嗡”声。低速电机因开口槽而产生类似锤击的声音。

(4)气隙动态偏心(www.daowen.com)

气隙偏心造成磁导沿圆周产生周期性变化,从而使基波磁势增加了一个谐波分量。

2.机械噪声

机械噪声主要是指电机运转时产生的轴承噪声,转子系统不平衡力产生的振动及噪声。机械噪声是任何运动件无法避免的噪声,在汽车电机中,它与电磁噪声紧密相关。因为一旦有结构振动,就会影响电磁场;同时由于电磁力的存在也会改变结构件的振动频率和幅值。机械噪声一般随转速和负载电流的增大而增大,在高速情况下成为电机噪声的主要部分,包括轴承、电刷和结构共振引起的噪声。

电机中采用的轴承有滚动轴承滑动轴承两种。滑动轴承一般用于微型电机和大型电机,噪声相对较低;滚动轴承可靠性高,维护简单,承载大,但其运行噪声较大,常成为电机的主要噪声源。转子动平衡不好是产生机械噪声最常见的原因,其频率和旋转频率相同,是低频噪声。安装不良,定、转子部件固有频率和旋转频率一致时也会产生机械噪声。转子的振动和轴承的振动往往是通过端盖传递到底座和支承上,但当端盖的轴向刚性较差时,端盖受激而产生轴向振动和噪声。

3.空气动力噪声

电机的空气动力噪声有涡流噪声和笛鸣噪声两种。涡流噪声主要是由转子和风扇引起冷却空气湍流在旋转表面交替出现涡流引起的,其频谱范围较广。笛鸣噪声是通过压缩空气,或空气在固定障碍物上擦过而产生的,即“口哨效应”。电机内的笛鸣噪声主要是径向通风沟引起的。旋转电机的空气动力噪声是不可避免的,它与转子表面圆周速度、表面形状,风扇空气动力特性和突起的零部件形状有关。空气动力噪声是由随轴一起旋转的冷却风扇造成空气流动形成的噪声。它们与转速、风扇与转子的形状、表面粗糙度、不平衡量及气流的风道截面的变化和风道形状有关,分为宽频噪声和离散噪声。

现在电机采用内置式双风扇结构,同时采用了不等节距叶片结构以降低离散噪声峰值,因此风扇噪声比其他噪声小很多。在大多数情况下,电机中的空气动力性噪声源是风扇。

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