闫云敬 董志辉 覃振杰
关键词：电动汽车 电动机噪声 分析 优化
1 引言
在电动汽车中，电机系统与电动汽车的动力、安全、经济及噪音振动等方面的性能，存在着紧密的联系。因此，在生产电动汽车时，电机系统的选择非常关键，实践证明，功率密度大、转矩密度大、低速重载性能好、调速范围宽、高效区宽、稳定性好、噪音低的电机系统是最佳选择。如果采用高转速和高功率的电机系统，那么它的噪音问题就特别严重。为了提高大众对电动汽车的使用体验，加强对电动汽车电机系统的研究具有重要的意义。
2 简述电动汽车中的电机系统
与工业上使用的电机具有较大的不同性，应用在电动汽车上的电机系统需要具备一定的使用特点，例如，能够适用加速、减速、爬坡、频繁的启动等操作要求，不管是高速行驶，还是低速行驶，高转矩和低转矩能够转换自如。实践中，电动汽车驱动电机具体的要求主要包括以下几点：其一，过载能力必须要达到要求，一般需要具备四倍左右的过载能力，不管是短时的加速，还是需要爬坡行驶，都能满足使用者的需要，提供良好的驾驶体验。其二，以巡航时的速度为基准，电动汽车的最高转速可达其的五倍之多。其三，在较宽的转速和转矩范围内，使用效率都非常令人满意。其四，电动汽车的驱动电机具有良好的动态性、性能的稳定性、控制性和可靠性，工作状况令人满意。
在实践中，依据电动汽车使用的牵引电机类型的差异性，可以范围直流驱动系统和交流驱动系统。感应电动机、永磁同步电机及开关磁阻电动机是交流驱动系统经常会用到的电机类型。
3 电动汽车电机系统的噪声分类
3.1 电磁噪声
电磁噪声是电动汽车噪声的其中一种，其的传播途径是磁轭，是气隙磁波作用在定子铁心齿上形成的。而电磁噪声的主要来源是定子铁心产生的振动变形的径向分量，当径向电磁力波与定子的固有频率接近时，共振现象产生，极大的增强了噪声的声量。
在电机运转的时候，带有旋转的力波是气隙磁场的表现形式，此状态下产生的电磁力具有交变的特性。气隙磁场中不仅包括主磁通，还包含有很多的谐波分量，它们所具备的频率并不是相等的，通常与齿数、槽数有很大的关系，是这些数量关系的数倍之多。
产生电磁噪声还具有一些其他的原因：
（1）铁心饱和导致的。当铁心处于饱和状态时，磁场正弦分布的顶端就会变得平坦，谐波的分量就会被分次数的增强，最终使得电磁噪声被放大了。
（2）开口槽方面造成的影响。众所周知，不管是定子，还是转子，它们的槽都是开口槽，气隙磁导在旋转的时候是不稳定的，处于不断的变化和波动中。气隙磁场中出现了很多在基波磁势作用下产生的“槽开口波”。它们与气隙和槽开口大小有很大的关系，气隙越小，槽口越宽，幅值相应的就会越大。
3.2 机械噪声
机械噪声的产生是无法避免的，是任何的机械零件在运动的过程中，都可能产生的。在电动汽车的电机系统中，机械噪声和电磁噪声具有千丝万缕的联系。如果存在着结构振动，电磁场就会受到一定的影响。同样的，电磁力的存在，也会对机构件的振动频率和幅值产生一定的影响。机械噪声并不是一成不变的，而是会随着电机的转速和负载电流的大小大变化而发生相应的增大或者降低的变化。在高速运转的状态下，机械噪声成为电机噪声的最主要的形式，当然，这其中少不了轴承、结构及电刷等产生的共振而产生的噪声。
电动汽车的电机主要用到滚动轴承和滑动轴承。滑动轴承的特点是噪声角度，主要运用在大型的电机和微型电机当中。而滚动轴承的优势比较明显，不仅承载能力较大，而且稳定性较强，维护工作比较容易。但是其的劣势也不能忽视，那就是运行中会产生较大的噪声，成为电机的主要噪声源。产生机械噪声最常见的原因是转子运动时平衡性较差造成的。如果其的频率和旋转频率具有高度的一致性，那么产生的噪声往往是低频噪声。而如果定子、转子的旋转频率具有较大差异时，就会产生较大的机械噪声。
3.3 空气动力噪声
在电动汽车中，电机产生的空气动力噪声具有笛鸣噪声和涡流噪声之分。涡流噪声产生的原因，主要是由于转子和风扇共同作用产生，它们产生的冷却空气湍流在旋转表面交替出现涡流引起的，具有较大涉及面。而笛鸣噪声的产生，主要是由于空气被过分压缩，或者空气在固定的障碍物上遭到了摩擦而产生的，同理人们日常吹口哨的情形。旋转电机空气动力噪声的产生是无法回避的，噪声的产生与转子的表面圆周速度、表面粗糙度、风扇的空气动力特性和突出的零件形状都有关系。空气动力噪声是由随轴仪器旋转的冷却风扇造成的空气流动形成的噪声，与风扇与转子的形状、表面的粗糙度、风道的形状等有着紧密关系。
4 电动车降噪优化措施分析
4.1 应对电磁噪声的方法
重视抓极的设计工作，体现出一定的合理性，构成正弦励磁场环境，尽量减少谐波的干扰;规避低磁力波的干扰，做好槽配合的选择;气隙磁密必须做好科学性的选择;定子和转子的装配很关键，做好圆度和同轴度的调节，对降低电磁噪声是非常有帮助的。
4.2 应对结构噪声的方法
要想有效降低电动汽车的结构噪声，就需要在转子的动平衡度上下一番功夫。在电动汽车结构件运行的基础上，运用转子最大程度实现动平衡，特别值得注意的是，在电动汽车上运用了不等距风扇时，动平衡状态的实现，不应该忽视风扇的存在，而应该将其的状态考虑其中。
另外，减小和隔离结构震动的方法也是非常重要的内容点。主要包括：其一，想办法使得主要结构件的固有频率与主机振力频率相比较，产生较大的差异性。其中最重要的是，结构件的共振动频率，必须要和高阶电磁激振力的振动频率具有较大的差别性，才能保证降低结构震动的方法是有效的。其二，有必要在电机端盖和定子铁心之间做好联结处理。其三，运用一些措施，进一步增强电机结构内部的阻尼效力。
5 简析电动汽车出现噪声故障的诊断
电动汽车电动机的噪声测试通常会在台架上来完成，测试系统主要包括硬件部分和软件部分，不同于以往传统的测试方式，如今硬件测试采用是阵列系统，包含二十几个传声器。借助MKLL 对大量数据进行收集，并及时的传送至计算机终端，再经过计算机系统的分析和处理，噪声的频谱的得以呈现，通过电机噪声声场的重建，找到噪声的准确位置。
在实践中，针对电动汽车电动机发出的故障噪声，开展频谱的测试，经过电机部件常见频段和电机声场的重建，对寻找和确定电机故障发生的准确位置是非常有帮助的。例如，电动汽车的电动机轴承出现故障，引起的原因并不是唯一的，可能是使用中的軸承质量不好，或者是轴承的安装不规范，或者轴承的磨损严重等原因造成的。由此可见，通过对电动汽车噪声的研究和分析，一定程度上对电动汽车的故障诊断发挥着重要的作用。例如，驻车背景噪音、真空泵噪音和电池风扇噪音测试如下：
结论：电池风扇噪声是驻车时的主要噪声源，经1/3 倍频谱进行检测，峰值主要保持在310Hz 左右，而其他部件噪声的的影响较小。
6 结语
随着生态环境问题的日益严重，电动汽车逐渐走入了大众的生活当中，发挥着重要的作用，受到人们的广泛认可和喜欢。在实践中，电动汽车运行中经常会出现一些噪声，引起噪声的原因很多，需要认真分析，并有意识的进行优化，以便给人们带来更好的使用体验。
