新能源车用永磁同步电机电磁噪声分析与试验研究

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近年来,随着新能源汽车产业的发展,新能源汽车尤其是纯电动汽车的NVH(Noise,Vibration,Harshness)问题受到了广泛关注,是当下研究的热点。相比于传统汽车,新能源汽车电驱动系统的高频噪声尤为突出,其中由驱动电机导致的振动噪声是影响整车NVH性能的主要因素。本文以一台12槽10极新能源车用永磁同步电机为研究对象,分析了空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术对电磁辐射噪声的影响,解析了不同供电条件下的电流谐波成分与边带电磁力的时空特征。基于多物理场有限元分析模型对电磁辐射噪声进行了仿真分析,并结合模态试验与电机振动噪声试验验证了解析分析与多物理场有限元模型的准确性。主要内容如下:首先,对气隙径向电磁力的空间阶次与时间频率特征进行了研究。基于麦克斯韦应力张量法建立了边带电磁力解析模型,分析得出了由SVPWM技术引入的边带电流谐波成分与边带电磁力的时空特征关系。进一步建立了电机的电磁有限元模型,计算得到了电机在正弦波供电条件下与搭载SVPWM技术的变频器供电条件下的气隙磁密与电磁力的时空分布,并通过二维傅里叶变换对电磁力进行了时空分解,得出了电磁力的空间阶次与时间频率的对应关系,同时验证了解析分析的准确性。其次,进行了模态试验与有限元模态分析。建立了电机的三维结构有限元模型,通过模态试验获取了结构本身的模态参数并验证了有限元模型的准确性。进一步通过约束模态有限元分析,得到了电机在实际安装条件下的各阶模态振型与固有频率,并结合电磁力的频率特征对可能存在的共振频带进行了分析。最后,基于多物理场有限元分析模型,对电机在不同供电条件下的电磁辐射噪声进行了计算。同时,搭建了电机NVH性能试验台,实现了SVPWM控制策略的搭载,进行电机振动噪声试验并对多转速工况下采集得到的数据进行分析研究。结果表明,由SVPWM技术引起的边带电磁噪声具有明显的随转速变化的频率分布特征,是永磁同步电机高频噪声的主要贡献量。此外,多物理场分析模型能够有效地识别边带电磁噪声的频率分布特征,同时验证了对边带电磁力时空特征解析的准确性。
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