电动汽车驱动用感应电机的电磁噪声研究

【摘要】： 随着人们对噪声污染的重视,低噪声已经逐渐成为电动汽车的一项重要性能指标。驱动电机是电动汽车的关键部件,具有大电流高磁密、调速范围宽、工况复杂和采用变频调速的设计特点,这些特点使电机存在较大电磁噪声的可能性增大。感应电机是电动汽车驱动用电机的主要类型之一。作用于电机定子表面的各次电磁力波和电机结构的固有模态是决定感应电机电磁噪声大小的两个关键因素,本文从这两方面入手对电动汽车驱动用感应电机的电磁噪声问题进行研究。 由于电动汽车驱动用感应电机负载变化大、调速范围宽,本文采用时步有限元法计算了电动汽车驱动用感应电机不同负载和转速的定、转子产生的各次气隙磁密谐波,分析了气隙磁密谐波幅值随转速和负载的变化规律,对影响电磁力波幅值、次数和频率的电机设计参数进行研究,为电动汽车驱动用电机的降噪优化设计奠定基础。 在电机结构固有模态的研究方面,研究了单环型机电类比法和双环型机电类比法计算电机固有频率的精度和适用范围。采用有限元法具体分析了定子铁心齿、定子绕组、机壳、端盖和转子结构对感应电机结构固有模态的影响,研究了改变电机固有频率的途径。提出了不同模型与精度下预测电机发生电磁共振转速的方法。 对电动汽车驱动用感应电机的电磁噪声进行了实验研究。采用断电法研究电磁噪声与机械噪声的比例。采集了不同转速的空载噪声数据,分析了噪声频谱,采用实验方法研究了电磁力波引起的噪声分量随转速的变化规律;采用锤击法模态实验,测试了电机的固有模态频率。实验表明,电磁力波和电机结构固有频率的理论分析结果以及预测的电磁共振转速与实验结果一致,证明了分析与计算的可信性。 从消除低次电磁力波、减小电磁力波幅值和提高电机结构固有频率的角度出发,研究有利于电动汽车驱动用感应电机避免电磁共振、降低电磁噪声的设计方法。在兼顾驱动电机的最大转矩、效率和比功率等性能指标的前提下对两台电动汽车驱动用感应电机进行降噪优化。