电动机结构 - 扭矩波动来源电机系统的特性会影响扭矩波动,其中包括电机的相数、电机的激励频率以及电机绕组的结构。在这些特性的综合作用下会形成切向力,继而产生扭矩波动和径向力,引发定子噪声。
1、电机的基础激励频率有多种定义(包括扭矩和径向力)。以下是常用等式:Fex(Hz) = pN/60;其中p为极对数,N为转速。在另一种定义中,p为极数而非极对数。
图1同步电动机运行的FFT颜色图
2、图1展示的是某系统中的扭矩波动示例,该系统由带10个极对的简单同步电机系统构成。在该系统中,转子为强磁铁,电机定子为金属铁,二者由微小气隙隔开。径向力和相对较小的切向力会引发定子振动和电机扭矩波动,而且随着负载增大振动和扭矩波动会加剧。在本示例中基波频率是在数据中能够观察到的、最明显的是力函数,另外还可以观察到其他几个阶次。这些阶次是由于系统中的几何结构和机械性、磁性和电流存在缺陷而产生的。
3、在汽车应用中扭矩波动会导致的不良影响扭矩波动会影响车内驾驶员的听觉感受和操作感受。究其原因在于,电机产生的扭矩波动会通过动力总成支架和悬架传递至车身。这些动态作用力输入至车身后会引起噪声、振动和抖动(低频振动),这些问题都会被车内乘客所感知。为了将车辆与扭矩波动隔离,电机应在设计层面尽可能减少扭矩波动造成的影响,同时在设计电动机安装策略和衬套速率时考虑扭矩波动问题。动态作用力演变为NVH问题的程度取决于车身的承载结构和空中灵敏度⸺分别对应为P/F和P/Q传递函数。
4、NVH 案例研究1:模拟相同车辆使用不同电动机的情况
1)利用先进的仿真工具可以量化扭矩波动对类似车体结构上接收器位置的影响。借助混合CAE-测试模型可以模拟扭矩波动引起的噪声特性。该混合模型包含由此前在CAE中计算的安装力和源强度以及测得的测试数据 - 用于在VI级NVH驾驶模拟器中创建可驾驶NVH模型。
图2 通过将计算得出的声源强度与测量车体灵敏度相结合生成NVH仿真模型 2)如图2所示,通过计算开关磁阻电机和感应电机的强制函数(声源强度Q和振动力F)并结合测量的车身灵敏度P/F和P/Q,可以对电机在车内乘员位置上产生的噪声量进行建模。强制函数(安装作用力,F)利用Romax Technology计算得出,声源强度(Q)通过Actran计算得出。由此可以在不制造原型车的情况下评估拟用电动动力系统的NVH属性。
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