某款电动汽车驱动用永磁同步电机噪声分析
摘要：
0 引言
永磁同步电机所具有的高效率、高功率密度等特性使其广泛应用于纯电动汽车的驱动电机。对纯电动汽车而言，驱动电机作为整车的动力总成部分，其所产生的噪声也是整车的主要噪声来源。噪声作为电机的主要质量指标之一[1]，其水平也决定了整车的驾驶舒适性。因此，电机噪声的控制也成为了当前电机性能优化的重要课题。本文基于某款纯电动汽车驱动用永磁同步电机的 噪声分析，发现当电机转速运行在（1500 ~6000） r/min时，其48阶次噪声明显。因电机的总体磁路结构 重新设计的成本高、周期长，本文在不改变电机主要磁路结构的前提下，通过对电机转子磁钢结构优化、转子铁心增加沟槽、电机定子绕组树脂浇注、电机壳体强度提升等措施的对比分析，来评估各措施对电机噪声的贡献，通过测试结果表明，上述方案对电机噪声有一定的 改善，具有实际应用价值，为电动汽车驱动用永磁同步电机噪声的优化提供了相关的依据和经验。
2.1 转子磁钢结构优化
如图2所示，左侧为原驱动电机的转子结构，磁钢采用两段式斜槽结构布置，右侧为优化后的转子结构，磁钢采用四段式交叉布置。优化前后的噪声测试结果如图3所示，电机运行工况：转速（1500~6000）r/min，额定转速前峰值扭矩250 N·m，额定转速后峰值功率95 kW。优化后的方案其48阶次噪声在（2200 ~5300）r/min转速段及6000 r/min附近改善效果较明显，噪声降低约（5~15）dB，全转速段的噪声总值优化后方案也低于优化前。
图3 磁钢优化前后噪声测试数据
2.2 转子铁心结构优化
电机的噪声除电磁噪声外还包含机械振动所引起的噪声。电机的定子铁心一般由硅钢片叠压而成，叠片之间存在间隙；定子绕组主要由多根松散的漆包线组成，并嵌入到定子槽内，漆包线之间也存在间隙，同时因电机槽满率及生产工艺的限制，绕组与定子槽之间也存在较大的间隙。这就导致定子的结构松散，易产生振动噪声。
图5 增加沟槽前后噪声测试数据
本文通过对电机定子绕组进行整体环氧树脂浇注，提高电机定子的结构强度，提升定子的固有频率，降低电机因定子机械振动所产生的噪声。如图6所示，为环氧树脂浇注后的电机定子，整个绕组的端部及定子槽内均被环氧树脂填充。浇注前后的噪声测试结果如图7所示，电机运行工况同2.1。定子绕组浇注后其48阶次噪声在（1500~2200）r/min及2700 ~6000）r/min转速段噪声降低约5 dB，全转速段的噪声总值也略有降低。
图6 环氧树脂浇注的电机定子
图7 浇注前后噪声测试数据
2.4 电机壳体增加加强筋
电机外壳体增加加强筋后，噪声测试数据见图9，电机运行工况同2.1。改后的电机在3000 r/min附近及4600 r/min1之后噪声有约（5~10）dB的降低，其它转速段噪声略有增加，噪声总值基本无变化。
图9 增加加强筋噪声测试数据
3 结果分析
综上，考虑到定子绕组环氧树脂浇注需要投入专用设备，工艺复杂、费用高且效果不明显，最终实施前两种方案。将改进后的电机搭载到整车上，测得的车内噪声阶次彩图如图10所示，48阶次噪声明显被削弱，车内噪声整体降低约5 dB，整车车速在（25~75）km/h时的啸叫声也改善明显，提升了整车的驾驶舒适性。
