从“一”字到“V”字，工程师如何通过优化转子斜级角度与形状，精准“掐灭”电机恼人啸叫
近期，针对某款新能源汽车后驱电桥在整车测试中出现的明显啸叫问题，工程师团队展开了一场深入的“降噪”攻坚战。最终，他们通过优化电机转子的两个关键设计——斜级角度与斜级形状，成功将恼人的电磁噪声降低了5-15分贝(A)，使整车NVH主观评价得分大幅提升。
一、耳朵的困扰：追踪啸叫元凶——48阶噪声
在研发测试中，工程师发现该车在纯电模式、车速10-50km/h时，永磁同步电机啸叫声明显。通过专业的客观测试，他们将目标锁定在电机的48阶噪声上，其数值超过了客户标准10-15dB(A)。
为什么是48阶？这源于电机的电磁设计原理。该电桥采用市场上常见的8极48槽绕组，根据齿槽转矩谐波阶次公式计算，其产生的主要电磁力阶次正是48阶。这种由定、转子齿槽相互作用产生的周期性转矩脉动，是引发电磁噪声和电机转速波动的关键激励源。
二、治本之策：从激励源头“动刀”
传统的NVH优化思路往往集中于提升结构刚度或增加隔音材料（声学包），属于在传播路径上“堵”。而本次优化则直指问题的核心——降低激励源（齿槽转矩）本身的波动。
电机转子原始设计由6叠“一”字型硅钢片组成。这种结构会导致6叠电磁力同步叠加，瞬时输出电磁力和齿槽转矩是单叠的6倍，使得电磁噪声被显著放大。
优化方案一：寻找最佳“倾斜角”
将转子的每叠硅钢片倾斜一个微小的机械角度，是降低齿槽转矩的有效方法。倾斜后，各叠的电磁力输出在时间上产生错位，可以显著平滑总转矩的波动，从而抑制噪声。
工程师利用Ansys Maxwell软件进行电磁仿真，探究不同斜级角度的影响。分析发现：
斜级角度0.9°：能最大程度保证电机的峰值扭矩性能。
斜级角度1.6°：则能实现最低的转矩脉动。
电磁仿真对比结果也显示，1.6°斜级角度方案的48阶切向电磁力幅值最小。
图1 不同斜级角度对电机扭矩和转矩波动的影响
图2 不同斜级角度方案的48阶切向电磁力仿真对比
随后，团队将电磁力数据导入LMS Virtual Lab进行声场仿真。仿真结果同样表明，1.6°的斜级角度对降低48阶噪声有明确的理论优势。
图3 不同斜级角度方案的48阶噪声声场仿真结果
优化方案二：改变“阵型”，化解扭转振动
然而，在测试中工程师发现一个新问题：电机加速到约2000转/分钟时，48阶噪声会出现一个异常的“鼓包”，比周边转速高出5-10dB(A)。
经排查，这源于结构模态与电磁激励的“共振”。仿真显示，电机定子在1750Hz附近存在一阶扭转模态，而48阶电磁力在2000rpm（对应频率1600Hz）时，其力型分布中恰好存在明显的扭转分量。模态放大效应导致了噪声峰值。
仅改变倾斜角度无法消除电磁力中的扭转分量。于是，工程师将目光投向转子叠片的整体“阵型”布局。他们将每叠转子的“一”字型平行排列，改为错开的 “V”字型排列。
通过电磁力分析发现（如下图所示），在“一”字型转子中，48阶电磁力在三个不同时刻（t1, t2, t3）均存在不平衡的扭转力。而改为“V”字型后，相同时刻的电磁力主要表现为平衡的上下力，扭转分量基本被消除，从而从根源上抑制了激发扭转模态的激励。
图4 V字型转子不同时刻48阶切向电磁力分布（图中显示主要為上下方向的力，扭转力被有效抑制）
三、效果验证：静音与性能兼得
结合两项优化，工程师最终制造了采用 “V”字型1.6°斜级 方案的转子样件，并搭载整车进行测试。
结果令人振奋：与原始“一”字型设计及单纯的斜级1.6°方案相比，“V”字型1.6°方案在全转速区间、特别是在常用的5500rpm以下，48阶噪声水平均为最低。那个恼人的2000rpm“噪声鼓包”完全消失，加速噪声曲线变得平滑线性。
图5 三种转子方案的48阶噪声整车测试结果对比（“V”型1.6°方案表现最优）
总结
本次NVH优化案例展示了一条清晰的工程路径：从问题表征（啸叫）到阶次定位（48阶），再到根源机理分析（齿槽转矩与结构模态耦合），最后实施精准的源头控制（优化转子斜级角度与形状）。
通过这一套“仿真-设计-测试”的闭环开发流程，成功将后驱电桥的电磁噪声显著降低，不仅通过了客观数据标准，更使整车的主观静谧性体验获得了质的提升。这为解决新能源汽车电机的高频啸叫问题，提供了一个行之有效的工程实践范本。
作者单位：舍弗勒贸易（上海）有限公司
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