电机噪声源的分类

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随着生活水平地不断提高，人们对乘车舒适性的要求也越来越高。在电动汽车整车背景噪声比较低的情况下，对电驱系统的NVH性能就提出了更高的要求。图1为电动汽车主要噪声源示意图。本文将从电机噪声源分类及分析和电机NVH分析流程两大方面进行简介。

图1 电动汽车主要噪声源示意图

一、电机噪声源的分类及分析
电机噪声的激励源头可以归纳为四个方面：
1、电磁力：主要指径向电磁力和电机扭矩波动，引起低频噪声；
2、机械结构：主要指转子不平衡，引起中高频噪声；
3、空气动力：指空气摩擦及风扇噪声，引起高频噪声；
4、电力电子：高频电流谐波，一般大于20kHz。

此外，当电机与变速器等耦合为一个总成时，还需考虑齿轮啮合时的敲击或啸叫等声源。

对于电磁力
导致电机电磁振动的主要因素是铁心受到的麦克斯韦张力，定子受到的电磁力绝大部分作用于定子齿尖。在电机定、转子气隙中的交变电磁力使电机定、转子产生振动及噪声。气隙磁场不仅有基波而且还有一系列高次谐波存在，二者均会引起振动及噪声，并产生周期性的作用力。振动及噪声强度的大小与电磁力的大小和定子、转子刚度有关。当激发振动的电磁力与振动的零部件的自振频率相吻合时，还会产生共振。电磁力有径向分量和切向分量，其中，径向分量对电机振动及噪声起主要贡献作用，它使定子铁心产生径向振动，径向振动产生的噪声为电机电磁噪声的主要成分。

由于电磁力是引起电机振动的主要因素，容易被精确的、快速计算，引起振动的电磁力谐波分量也容易被定位，因此，一般对电磁力导致的定子结构振动噪声进行分析。另外，电磁力谐波可以通过电机结构参数优化进行削弱。

对于机械结构
主要指转子偏心，可分为静态偏心、动态偏心和混合偏心，如图2所示。静态偏心指转子绕自身轴心旋转，与定子轴心不重合，气隙不对称，且保持不变；动态偏心指转子绕定子轴心旋转，而非自身轴心，气隙不对称，且周期性变化。

图2 转子偏心示意图

转子不平衡噪声的频率等于转子旋转频率。虽然频率不高，一般在400Hz以下，但由于引起电机振动，从而使各部分的噪声增大。当转子的动平衡精度达到一定等级时，其引起的振动噪声可以显著地得到改善。

对于空气动力
空气噪声主要指空气摩擦以及由于风扇转动，使空气流动、撞击、摩擦而产生。噪声大小决定于风扇大小、形状、电机转速高低等情况。

风扇直径越大，噪声越大，减小风扇直径可以减小噪声，但也会使制冷量减少。当风叶边缘与通风室的间隙过小时，就会产生似笛声的声响。如果风叶形状与风扇的结构不合理，造成涡流，或风扇刚度不够，受气流撞击时发生振动，同样也会产生噪声。此外，转子有凸出部分时，也会引起噪声。

针对以上产生空气噪声的原因，可以采取下列措施来减小：合理地设计风扇结构和风叶形状，避免产生涡流；保证风叶边缘与通风室有足够的间隙，在许可情况下，尽量缩小风扇直径，并将气流转向后再吹（吸）出，可明显降低噪声；减小空气的撞击和摩擦。

对于电力电子
由于电流中的高次谐波分量，在定、转子间产生谐波磁场，也会产生不均匀的力矩，造成振动而产生噪声。由于电磁噪声在电机总噪声中所占的份量不大，所以在电机的设计和制造中往往不针对性地采取措施来减少电磁噪声。

二、电机NVH分析
电机的NVH分析流程主要包括四个部分：磁场域激励计算、电机总成模态和动力学计算、声学计算和结果分析。
1、磁场域激励计算：主要指使用磁场专用计算软件（如Maxwell等），对相应电机进行计算，得到电机电磁力和扭矩波动等激励载荷；
2、模态和动力学计算：对于电机NVH分析来说，进行声学计算之前都要进行电机总成模态分析，以及包含齿轮系在内的总成动力学计算，动力学计算的激励包含磁场域激励，同时计算可得到与齿轮相关的动力学信息；
3、声学计算和结果分析：将第2步计算得到的文件，导入相应的声学计算软件当中（如Actran等），即可对电机总成进行声学分析。可得到电机壳体表面振动辐射噪声、测点声压级等结果。在对各声学结果进行综合分析的基础上，对电机NVH性能进行系统评价。