驱动电机NVH问题治理的原理·方法·过程

电机NVH技术深度剖析


引言

随着新能源汽车行业的蓬勃发展，电动汽车和混合动力汽车成为了主流技术方向。然而，电机作为这些系统的核心组成部分，其NVH（噪音、振动与不平顺性）问题成为了行业面临的挑战。电机NVH问题的复杂性在于其与传统内燃机汽车有着本质的差异，涉及电机驱动源特性、传动架构变化以及电机驱动系统的振动、噪音传递与控制。本文旨在深入探讨电机NVH的挑战性问题及其成因机理，为电机从业者提供解决策略的启示。

NVH挑战的根因解析

电机NVH问题源自于两大主要方面：首先，电动机作为驱动源与传统发动机有着本质的区别，其振动和噪声的产生机制与分布具有特殊性，例如径向电磁力和切向电磁力等。其次，电机系统集成进入复杂车辆架构中时，振动和噪声的传递路径也发生了变化，引入了更多不确定性。

一、径向电磁力产生的振动




电机中的径向电磁力是在电机齿顶圆周上不均匀分布的。这种分布特性决定了电磁力随时间的变化具有空间和时间的二相性，是电机NVH研究的核心。当电磁力的空间分布形式与电机本体的固有振动模式相匹配时，容易引起共振现象，从而产生显著的噪声和振动。

二、切向电磁力与振动模态

切向电磁力作用在定转子表面，其与定转子的共同振动模态有关。产生振动模态的原因既包括整体动态行为，也包括局部特征，如定子齿的振动。切向力的大小相对径向力较小，其对整体振动的影响相对有限，但在特定频段与径向振动频率匹配时，可能加剧噪声问题。

三、磁致伸缩作用于振动

磁致伸缩效应是硅钢片受磁场激励时内部发生的变形，导致定子铁心发生周期性振动。随着电机密度的提高，磁饱和程度和激励频率的增加，磁致伸缩效应可能导致的振动和噪声需要得到重视。

四、不平衡磁拉力问题

不平衡磁拉力是由于磁钢的非对称分布或装配误差导致的主要振动源。它不仅在静态情况下产生损失，还可能通过空气或结构传递，增加更多电磁力频率的新分量，引发额外的振动和噪声。

五、机械不平衡与振动

不平衡的机械力常源于静不平衡或动态不平衡，这类不平衡在电机及车辆系统中频繁表现，可能导致高水平的低阶振动和噪声，主要在径向和轴向方向上监测得到。

NVH问题的机理与汇聚动力

随着电机NVH挑战的日渐凸显，汽车工程师、设计者以及电机专家正致力于挖掘问题的根本原因，并推动解决方案的开源。本文旨在从底层机制出发，探讨电机NVH问题的解决之道，其核心在于深入了解电磁力的时空分布特性、电机振动源特征以及总体动力学交互与耦合。

电机NVH问题的解决过程被两大驱动力推动：一是来自于过程性挑战的学术打磨，即不断地遇到和克服问题的过程激发了深层次的学理探究；二是来自于现实需求的压力，工程师们面临高压的动力下尝试设计、开发出更高效的解决策略。

结语：电机NVH的深层机理与模型构建

尽管电机NVH问题复杂多变，但深入剖析其成因机理，可以为电机设计与NVH管理提供重要指引。本文从单一电机结构出发，逐步拓展至电机在车辆系统中的路径与影响，分析了径向电磁力、切向电磁力、磁致伸缩力、不平衡磁拉力和不平衡机械力五种关键激励源。同时，我们从电机整体性能和结构关联性出发，解析了电机振动难题的本源，为进一步构建全面系统性的NVH分析与优化模型打下基础。

提升关键路径理解

在解决电机NVH问题时，关键在于理解这些激励源与电机振动特性的内在联系，识别其机理、模式以及相互作用特点。通过深入研究，可以实现噪音与振动的有效控制，为推动电动汽车驱动系统的技术进步奠定坚实基础。

随着研究的持续深入，相信未来将有更多的技术突破，电机NVH问题将得到更为全面、深入的解决，为新能源汽车行业的发展开启新的篇章。