基于声品质的驱动电机电磁噪声研究

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在国家新能源汽车政策的引导和支持下,新能源汽车产业规模迅速壮大。纯电动汽车以电机代替传统发动机,车内声压级有了大幅降低,但消费者对于车内噪声的抱怨并未减少,这就对电动汽车NVH性能开发提出了更高的要求。对于电动汽车噪声的评价指标不能仅仅考虑声压级,还需要考虑能够反映乘客主观感受的声品质特性。本文旨在以声品质作为驱动电机噪声优化目标,通过建立声品质预测模型和电磁噪声多物理场仿真模型,研究电机结构参数对噪声及声品质的影响,为电动汽车的电机噪声控制提供新的设计思路。本文的主要研究内容如下:首先,阐明车用永磁同步电机的结构和运行原理,分析电机噪声成因及其分类。对永磁同步电机气隙磁场进行理论分析,推导径向电磁力的计算公式并归纳其特征频率和阶次。基于Maxwell建立永磁同步电机二维电磁场仿真模型,求解气隙磁密和径向电磁力波,将快速傅里叶变换得到的频谱图与径向力波特征频率相对照,验证理论分析结果的准确性。其次,介绍驱动电机噪声测试系统及方法,采集不同转速、不同扭矩的稳态和瞬态噪声。利用ANSYS Workbench分别对定子总成、定子总成+机壳模型进行模态分析,求解各阶模态频率及振型。结合模态频率和径向电磁力波特征频率,采用频谱分析、瀑布图分析及阶次分析等方法对测试数据展开分析。然后,建立电机噪声样本库,组织主观评审团听音试验并计算声品质客观评价指标。在此基础上,基于GA-BP神经网络建立以客观评价指标为输入、烦躁度为输出的预测模型。引入敏感系数指标客观量化各临界频带噪声对声品质的影响,确定敏感频带对应的噪声源,为下一步结构参数优化提供指导。最后,建立基于磁场-结构-声学的多物理场耦合电机电磁噪声仿真模型。通过与试验数据的对比,验证模型的准确性。随后,采用转子斜极作为优化方案,分析转子斜极角对径向电磁力波的影响,并对比了线性、V字及Z字三种斜极方案对电机电磁噪声、输出转矩及声品质的影响。
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