驱动电机与三合一电驱动系统的振动噪声特性及其优化技术

驱动电机在电动汽车中的关键作用不容忽视，其性能直接影响着汽车的核心性能指标。振动噪声特性是评价电机产品质量的重要标准，异常振动会导致电机内部损耗增加，缩短使用寿命，并对乘客舒适性造成影响。当前，为实现成本控制和轻量化设计，电机、控制与减速器的一体化发展成为趋势，三合一电驱动系统因其结构紧凑、质量轻、能耗低等优势受到青睐。

三合一电驱动系统性能特点与缺陷

1. 优势：三合一电驱动系统具备结构紧凑、便于布置、质量轻、能耗低、操作可靠经济、降低重心提高操控性、提高高速传动效率等特点。

2. 振动噪声问题：系统加入电子控制和齿轮减速器，带来了不同于传统电机的振动噪声问题，主要源于电磁与机械噪声，分别由径向电磁力产生和齿轮啮合及控制器结构振动所引发。




振动噪声产生机理分析

1. 径向电磁力分析：电机运行时，主磁通沿径向作用于转子与定子产生径向力，这种力可能引起电磁振动和噪声。公式(1)和(2)详细描述了磁密与隙磁导的关系，以及在电机振动问题中的力波特性。

2. 径向电磁力波产生的力学特征：当电机每极槽数恰好与某转子周期的整数倍接近时，易产生较强的力波，激发电机振动。且力波频率往往与其速度和转频相关，体现在公式(3)至(5)中，具体分析了影响最大力波频率的因素和对系统的影响。

3. 减速器与控制器的噪音：减速器齿轮啮合开发的动负荷和控制器结构振动产生噪声，形成前后链式传递问题。

驱动系统振动噪声测试与分析

通过实测数据发现控制器盖板响应系统振动激励，产生共振并辐射强烈噪声。机器学习研究结合阶次分析法，指出噪声源和振动激励的对应性以及盖板共振响应特征。

振动噪声优化策略

1. 转子结构优化：开发新的转子结构，通过周向开槽策略减小气隙磁密，从而减少径向电磁力波，依据仿真结果显示，优化后电机的48阶径向磁场力波幅值下降约11.8%。

2. 盖板结构优化：通过对加筋和加厚盖板结构，改变其刚度和固有频率，抑制结构振动，实验与理论测试表明，加厚盖板能有效降低振动响应。

实验验证与总结

针对优化后三合一电驱动系统进行振动噪声测试，结果显示振动测试数据对比优化前显著改善，具体体现在盖板振动加速度降低和整体噪声水平下降（约13.3 dB）。

结论

本文研究揭示了三合一电驱动系统的振动噪声机理，并提出了采用转子转孔、多参数优化盖板等策略来抑制振动噪声的方法，实验验证表明强噪声环境下的振动优化有效，并得出以下结论：

大面积的盖板类部件更容易响应系统的振动激励，引发共振，产生大量噪声。

通过转子结构优化和盖板结构强化，可以显著降低电机径向电磁力波和控制器盖板的结构振动，进而改善噪声水平。

精细优化盖板形貌能更显著地改善结构振动噪声响应，但随加筋板厚度的增加，对噪声抑制的效果可能会降低。

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