扁线电机噪声预测突破！实测误差仅2.3%，国产团队攻克电动车静音难题

随着电动汽车普及，驱动电机的NVH性能成为影响驾乘品质的关键。在电机技术升级中，扁线电机凭借高槽满率和低损耗优势，正逐步取代传统圆线电机成为主流。

扁线电机的噪声预测却是一大难题——复杂的层叠结构和各向异性材料特性，让传统仿真模型难以准确反映其真实振动特性。 

01 高精度建模：破解扁线定子仿真的核心挑战

由合肥工业大学和安徽巨一科技组成的联合团队，针对扁线电机定子的模态分析与噪声预测展开攻关：

他们首先建立了精确的扁线定子总成三维有限元模型。考虑到定子铁芯硅钢片和槽内扁线的层叠效应，创新性地引入正交各向异性材料参数，成功模拟了结构的真实力学特性。

核心突破在于材料参数的精准标定：

通过锤击法模态测试获得单定子及扁线定子总成的实验模态数据

以测试结果为基准，经多轮迭代优化，最终确定了铁芯、槽内扁线等关键部件的各向异性弹性模量、剪切模量及泊松比

模型精度令人瞩目：修正后仿真模态与实测频率偏差均控制在5%以内，最高阶(0,4)模态偏差仅1.6%~3.3%，为后续噪声预测打下坚实基础。

表：材料力学性能参数（关键项）

 02 扁线 vs 圆线：颠覆认知的模态特性差异

通过对比分析，研究揭示了扁线定子独特的振动特性：

质量效应显著：嵌入扁线后，定子总成各阶模态频率均低于单定子铁芯，且随阶次升高，频率降幅从(0,2)阶的3.2%增至(0,0)阶的7.7%。

局部模态激增：扁线端部呈现明显悬臂效应，在总成模态中引入了大量局部摆动模态，显著增加了模态密度。

与圆线定子的关键差异：在同尺寸同功率平台下对比发现：

扁线定子各主阶次固有频率普遍低于圆线定子

从(0,2)阶到(0,4)阶，频率降幅随阶次升高而增大

但(0,0)阶模态因扁线端部焊接带来的刚度提升，降幅明显减小

原因深究：

圆线电机浸漆后槽内间隙仅3%~5%，显著提升刚度；

扁线电机槽内间隙约13%，结构更松散，且绝缘漆难以渗入中部区域，导致刚度增益有限。

03 噪声预测实战：MATV算法精准锁定风险点

基于精确的定子模型，团队进一步开展电驱总成全转速段噪声预测，并制定了分析流程：

创新采用MATV（模态声传递向量）算法：

1. 提取8/16/24/48阶主要电磁力作为激励源

2. 计算总成模态参与因子与声传递向量的耦合关系

3. 预测1m远处场点声压

成功识别关键噪声源：

48阶电磁力在7200r/min（对应5760Hz）与定子(0,0)阶模态（5632Hz）耦合，产生83.27dB(A)的噪声峰值

16阶和8阶力波分别在2500r/min和5000r/min贡献显著，与控制器盖板677Hz模态耦合

04 实测验证：误差低至2.3%的工程级精度

在半消声室中对扁线电机总成进行噪声测试，结果令人振奋：

峰值点精度：预测值83.41dB(A) vs 实测值85.39dB(A)，偏差仅1.98dB，误差2.3%

中速段吻合度高：3000~8000r/min转速区间仿真与实测曲线高度拟合

全转速趋势一致：声压级随转速变化趋势与实测高度一致

团队特别指出：8000r/min后仿真值偏低可能与高频阻尼变化有关，而1000r/min处的偏差可能源于台架振动干扰。

05 技术价值：为扁线电机NVH设计提供新范式

这项研究实现了三大突破：

1. 首创高精度参数化模型：首次获得经实验验证的扁线定子各向异性材料参数集

2. 揭示扁线独特振动机制：阐明质量效应、端部刚度对模态分布的定量影响

3. 验证MATV预测可靠性：证实该方法可精准识别电磁力-结构模态耦合风险点

工程意义深远：所建立的“材料参数获取-模态特性分析-噪声仿真预测”完整技术链条，为扁线电机NVH性能优化提供了关键理论支撑和工具方法。

随着5%模态精度与2.3%噪声误差的实测验证，国产团队在电机振动噪声领域的技术实力正在改写行业规则。当扁线电机的啸叫声波被精准预测，电动汽车的静音时代正加速驶来。

参考文献：杨超等. 电动汽车用扁线电机定子模态分析及噪声预测[J]. 2024中国汽车工程学会年会论文集，2024.

来源：汽车NVH云讲堂