永磁同步电机的nvh问题分析
【】电动汽车牵引用永磁同步电机要求具有低速大转矩和高速恒功率的运行能力,低速大转矩运行工作点的大电流和高速弱磁导致的磁场畸变可能会导致作用于电机结构的电磁力幅值增大,容易引发较大的电磁振动噪声,从而影响电动汽车的NVH性能。为了满足满足汽车的乘坐舒适性，本文利用某企业的一款纯电动汽车的直驱永磁同步电机作为研究对象,基于噪声声压级和振动加速度测试,采用阶次分析的方法,结合永磁同步电机的特点,对其进行噪声源识别实验研究。本文主要对纯电动车驱动用永磁同步电机进行电机NVH性能分析与优化，内容分为两个个部分第一部分结合电机表现出来的噪声问题进行测试计划的拟定以及对电机的振动噪声进行数据采集、处理与分析，定位出该电机的噪声源；第二部分介绍相关的开发工程师结合噪声源对电机进行优化改进并将优化后的电机在进行验证性测试，对比第一部分的分析结果，验证改进方案是否可行。该组实验对其开发过程中电机噪声过大问题进行测试分析，采取优化措施，提升了该电机的 NVH 性能与品质，对电机的设计开发有指导意义。
目录
引言 1
一、NVH概念 2
（一）NVH术语与定义 2
（二）永磁同步电机NVH 3
1．电机噪声分类 3
2．电机电磁噪声的识别方法 4
3．电机常见机械噪声的识别方法 4
二、NVH测试与分析 6
（一）测试背景 6
（二）测试方案 6
（三） 测试与分析 6
三、验证测试并对比分析 10
（一）验证测试 10
（二）数据对比分析 10
结语 12
参考文献 13
致谢 14
引言
随着传统内燃机汽车尾气排放所造成的环境污染问题越来越严重,更加清洁、环保的新能源汽车的发展已经成为未来汽车工业的发展趋势。新能源汽车中的纯电动汽车具有零排放、低噪声和机械结构简单等特点,其发展前景很广阔。NVH是噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户最直接的的感受。它也是很多消费者关注的一项指标，甚至有可能成为购车选择的决定性 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
因素。车辆的NVH问题也是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的重要问题之一。随着专业化分工，整车制造企业已经逐渐将大部分零部件交给零部件生产企业来做。所以各零部件设计者考虑的问题也不单纯是零部件的本身，而是零部件与零部件之间，零部件与整车之间的关系。纯电动汽车的驱动电机是其关键部件之一，它关系到整车动力性、操作性及NVH性能，而且驱动电机的振动和噪声问题会严重影响乘坐舒适性。这样，车用驱动电机生产企业必然遇到NVH问题。近几年来，由于永磁同步电机结构简单，损耗小、效率高、功率因数高的特点，受到了越来越多的青睐，因此永磁同步电机的NVH问题也随之被研究。
一、NVH概念
NVH是Noise（噪声）、Vibration（振动）和Harshness（声振粗糙度，也可以通俗地理解为不平顺性）三个英文单词的缩写。
N：噪音－－使人感到厌烦的声音；
声音的要素：响度（dB）、音调(Hz)、音色
声音的物理量：声压、声压级、声强级、声功率级、A计权
V：振动－－物体或者质点在平衡位置的往复运动
振动的要素：频率、振幅、波形
振动的物理量：振动加速度、振动速度、振动位移
H：声振粗糙度－－噪声和振动品质，描述人体对噪声振动的主观感受，不能用客观的测量方法来度量。由于声振粗糙度描述的是人体对噪声振动不舒服的感觉，因此有人称Harshness不平顺性。
内燃机车辆的噪声源主要包括：发动机，排气系统，高速行驶时的风噪声、轮胎噪声以及其它运动的部件。
纯电动车辆的噪声源主要包括：电动机，高速行驶时的风噪声、轮胎噪声以及其它运动的部
（一）NVH术语与定义
声压级Lp与声功率级Lw都描述声音大小的物理量，公式分别为：
（1）
（2）
基准声压级；基准声功率级
基频是指基音的频率，它决定整个音的音高。电机中的基频指电机在额定扭矩时的频率。 基频又叫基带。
倍频程是指使用频率与基准频率之比等于2的n次方，则称的n次倍频程。
噪声频谱显示在测量带宽范围内声压级随频率的分布。一般用倍频程或三分之一倍频程表示。
旋转电机的噪声通常具有明显的谐次特征，通常以转频作为基频，转频的2,3,4n倍频谐波称为对应的n阶次。
模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
为了模拟人耳听觉在不同频率有不同的灵敏性，在声级计内设有一种能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感近似值的网络，这种网络叫作计权网络如图11所示。计权网络一般有A、B、C三种。A计权是模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性。从声级计上得出的噪声级读数，必须注明测量条件，如单位为dB，且使用的是A计权网络，则应记为dB（A）。
图11计权网络
（二）永磁同步电机NVH
永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流，此时转子动能转化为电能，永磁同步电机作发电机用。当定子侧通入三相对称电流，由于三相定子在空间位置上相差120，所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场，转子旋转磁场中受到电磁力作用运动，此时电能转化为动能，永磁同步电机作电动机用。
1．电机噪声分类
电磁噪声可按照噪声类型与振动产生源头进行分类。
⑴按噪音类型分为电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声。
电磁噪声是由气隙磁场产生的交变电磁力作用于定子铁心产生电磁振动，电磁振动传递到空气中产生电磁噪音如图12所示。
图12电磁噪声产生原因
机械噪声主要由轴系配合尺寸偏差、电机装配不良、轴承匹配不良、轴承故障等原因产生。
空气动力噪声是由旋转系统与定子相对移动挤压空气产生。
⑵按振动产生源头分为定子侧、转子侧和连接部件（轴承侧）。
定子侧主要由气隙磁场产生的径向电磁力激发定子振动，进而产生电磁噪音（电磁噪音的主要部分）；其次由切向电磁力、轴向电磁力激发定子振动，进而产生电磁噪音（电磁噪音的次要部分）。
转子侧是由转子偏心使得气隙磁场发生畸变，进而产生额外的电磁振动及噪音；转子配合尺寸偏差、装配不良、转子不平衡等产生的机械振动及噪音；转子旋转挤压空气产生的气动噪音。
连接部件轴承侧是由轴承游隙过大导致轴承本身固有频率被激发产生宽频带的振动；轴承故障及缺陷导致的特征频率倍频的振动。
2．电机电磁噪声的识别方法
正弦波供电时，电磁振动及噪音的特征频率为 2倍基波电流频率的整数倍：
（3）
变频器供电时，新增加的电流谐波产生的磁场与气隙基波磁场作用，产生幅值较大的0次力波，对电机的电磁振动及噪音产生重要影响，其特征频率为：
目录
引言 1
一、NVH概念 2
（一）NVH术语与定义 2
（二）永磁同步电机NVH 3
1．电机噪声分类 3
2．电机电磁噪声的识别方法 4
3．电机常见机械噪声的识别方法 4
二、NVH测试与分析 6
（一）测试背景 6
（二）测试方案 6
（三） 测试与分析 6
三、验证测试并对比分析 10
（一）验证测试 10
（二）数据对比分析 10
结语 12
参考文献 13
致谢 14
引言
随着传统内燃机汽车尾气排放所造成的环境污染问题越来越严重,更加清洁、环保的新能源汽车的发展已经成为未来汽车工业的发展趋势。新能源汽车中的纯电动汽车具有零排放、低噪声和机械结构简单等特点,其发展前景很广阔。NVH是噪声、振动与声振粗糙度（Noise、Vibration、Harshness）的英文缩写。这是衡量汽车制造质量的一个综合性问题，它给汽车用户最直接的的感受。它也是很多消费者关注的一项指标，甚至有可能成为购车选择的决定性 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
因素。车辆的NVH问题也是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的重要问题之一。随着专业化分工，整车制造企业已经逐渐将大部分零部件交给零部件生产企业来做。所以各零部件设计者考虑的问题也不单纯是零部件的本身，而是零部件与零部件之间，零部件与整车之间的关系。纯电动汽车的驱动电机是其关键部件之一，它关系到整车动力性、操作性及NVH性能，而且驱动电机的振动和噪声问题会严重影响乘坐舒适性。这样，车用驱动电机生产企业必然遇到NVH问题。近几年来，由于永磁同步电机结构简单，损耗小、效率高、功率因数高的特点，受到了越来越多的青睐，因此永磁同步电机的NVH问题也随之被研究。
一、NVH概念
NVH是Noise（噪声）、Vibration（振动）和Harshness（声振粗糙度，也可以通俗地理解为不平顺性）三个英文单词的缩写。
N：噪音－－使人感到厌烦的声音；
声音的要素：响度（dB）、音调(Hz)、音色
声音的物理量：声压、声压级、声强级、声功率级、A计权
V：振动－－物体或者质点在平衡位置的往复运动
振动的要素：频率、振幅、波形
振动的物理量：振动加速度、振动速度、振动位移
H：声振粗糙度－－噪声和振动品质，描述人体对噪声振动的主观感受，不能用客观的测量方法来度量。由于声振粗糙度描述的是人体对噪声振动不舒服的感觉，因此有人称Harshness不平顺性。
内燃机车辆的噪声源主要包括：发动机，排气系统，高速行驶时的风噪声、轮胎噪声以及其它运动的部件。
纯电动车辆的噪声源主要包括：电动机，高速行驶时的风噪声、轮胎噪声以及其它运动的部
（一）NVH术语与定义
声压级Lp与声功率级Lw都描述声音大小的物理量，公式分别为：
（1）
（2）
基准声压级；基准声功率级
基频是指基音的频率，它决定整个音的音高。电机中的基频指电机在额定扭矩时的频率。 基频又叫基带。
倍频程是指使用频率与基准频率之比等于2的n次方，则称的n次倍频程。
噪声频谱显示在测量带宽范围内声压级随频率的分布。一般用倍频程或三分之一倍频程表示。
旋转电机的噪声通常具有明显的谐次特征，通常以转频作为基频，转频的2,3,4n倍频谐波称为对应的n阶次。
模态是结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。
为了模拟人耳听觉在不同频率有不同的灵敏性，在声级计内设有一种能够模拟人耳的听觉特性，把电信号修正为与听感近似值的网络，这种网络叫作计权网络如图11所示。计权网络一般有A、B、C三种。A计权是模拟人耳对55dB以下低强度噪声的频率特性。从声级计上得出的噪声级读数，必须注明测量条件，如单位为dB，且使用的是A计权网络，则应记为dB（A）。
图11计权网络
（二）永磁同步电机NVH
永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流，此时转子动能转化为电能，永磁同步电机作发电机用。当定子侧通入三相对称电流，由于三相定子在空间位置上相差120，所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场，转子旋转磁场中受到电磁力作用运动，此时电能转化为动能，永磁同步电机作电动机用。
1．电机噪声分类
电磁噪声可按照噪声类型与振动产生源头进行分类。
⑴按噪音类型分为电磁噪声、机械噪声和空气动力噪声。
电磁噪声是由气隙磁场产生的交变电磁力作用于定子铁心产生电磁振动，电磁振动传递到空气中产生电磁噪音如图12所示。
图12电磁噪声产生原因
机械噪声主要由轴系配合尺寸偏差、电机装配不良、轴承匹配不良、轴承故障等原因产生。
空气动力噪声是由旋转系统与定子相对移动挤压空气产生。
⑵按振动产生源头分为定子侧、转子侧和连接部件（轴承侧）。
定子侧主要由气隙磁场产生的径向电磁力激发定子振动，进而产生电磁噪音（电磁噪音的主要部分）；其次由切向电磁力、轴向电磁力激发定子振动，进而产生电磁噪音（电磁噪音的次要部分）。
转子侧是由转子偏心使得气隙磁场发生畸变，进而产生额外的电磁振动及噪音；转子配合尺寸偏差、装配不良、转子不平衡等产生的机械振动及噪音；转子旋转挤压空气产生的气动噪音。
连接部件轴承侧是由轴承游隙过大导致轴承本身固有频率被激发产生宽频带的振动；轴承故障及缺陷导致的特征频率倍频的振动。
2．电机电磁噪声的识别方法
正弦波供电时，电磁振动及噪音的特征频率为 2倍基波电流频率的整数倍：
（3）
变频器供电时，新增加的电流谐波产生的磁场与气隙基波磁场作用，产生幅值较大的0次力波，对电机的电磁振动及噪音产生重要影响，其特征频率为：
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