纯电动汽车永磁同步电机工作原理（电动汽车永磁同步电机好不好）

永磁同步电机由于体积小、重量轻、效率高，在纯电动汽车中得到广泛应用。纯电动汽车作为动力源，与传统汽车一样，是汽车噪声的主要来源。不同的是，与传统汽油车相比，纯电动汽车的动力源永磁同步电机产生的高频噪音尖锐且难以忍受，造成的危害更大，影响驾驶员和驾驶员的身心健康。乘客。噪声是电机的主要质量指标之一[1]，其噪声决定了整车的舒适性。

本文基于某纯电动汽车永磁同步驱动电机的噪声测试与分析。数据发现，全油门加速时的车辆速度在25Km/h~75Km/h之间，对应电机转速在1500r/min~6000r/min之间。 48阶噪声的声压级较高，人耳可以清晰地听到高频刺耳的啸叫声[2]。由于电机已经量产，重新设计电机磁路结构成本高、耗时长，且需要对生产线进行较大改动。成本太高了。本文在仅改变转子磁体结构的基础上对48级永磁同步驱动电机进行了优化。亚噪声，以较小的成本将其声压级控制在可接受的范围内。

图1 车内驾驶员右耳噪声顺序比色图

1 纯电动汽车驱动电机噪声分析

在全油门加速条件下，测试了车内驾驶员右耳的噪声数据，并绘制了48阶彩色图，如图1所示[3]。当车速在25Km/h~75Km/h之间时，1500r/min~6000r/min之间电机转速对应的48阶噪声声压级较高，车内电磁噪声较为明显。接下来分析改变转子磁体结构对48阶噪声的影响。

2 驱动电机转子磁体优化分析

电机的电磁噪声主要是由电机内部振动产生的。各次谐波都会引起振动。各次谐波的削弱对于改善电磁噪声有很大的作用。转子分段斜极是一种可以有效削弱齿谐波、改善电机齿槽转矩和转矩脉动的常用方法[3]。

图2 新能源电动汽车初始转子磁体示意图

2.1 独创电机转子磁体两级斜极结构

图2为新能源电动汽车初始转子磁体示意图。转子磁体分为两段，具有两级斜极结构。为了寻找更好的转子磁体方案用于车辆安装验证，将两级斜极台架的测试数据与优化的转子磁体方案进行比较，选择最佳方案进行台架测试。电机运行工况：模拟整车加速。

图3为两级斜杆在台架上的测试数据。测试转速为1500~6000rpm，与车辆在该转速范围内的噪音相匹配。从数据可以看出，该速度范围内48阶噪声在70分贝以上，最高在80分贝以上。驾驶员可以明显感受到驾驶室内尖锐的电磁噪音。

图3 两级斜杆台架试验数据图

2.2 4节斜杆V型结构

图4为4节斜极V型转子磁体示意图。当磁体结构改为V形时，电机工作条件为：模拟车辆全油门加速。

图4 4节斜极V型转子结构示意图

4级斜杆V形结构噪声测试结果如图5所示。48阶噪声在1600rmin-1~1900rmin-1和3900rmin-1转速范围内增加。这种方案使得噪声效果更差。

图5 4节斜杆V型结构台架试验数据图

2.3 4段斜杆ZigZag结构

图6所示为4节斜极ZigZag结构转子磁体示意图。磁铁采用四节截面布置。电机运行工况：模拟整车加速。

图6 4段斜极ZigZag结构转子磁体示意图

4节斜极ZigZag结构转子磁体示意图及噪声测试结果如图7所示。48阶噪声在1500rmin-1~3000rmin-1的转速范围内有一定的改善， 4600rmin-1以上。噪音降低了约4dB，整个速度范围内的平均噪音比优化前更低。

图7 4节斜杆ZigZag结构台架试验数据图

2.4 6段斜杆ZigZag结构

图8为6段斜极ZigZag结构转子磁体示意图。磁铁采用6段截面排列。电机运行工况：模拟整车加速。

图8 6段斜极ZigZag结构转子磁体示意图

优化前后的噪声测试结果如图9所示。优化方案的48阶噪声在2300rmin-1之前噪声效果变差，比优化前提高了2-6dB。 2300rmin-1以上改善效果更加明显，全转速最大降噪达到15dB。噪声的平均值比优化前小很多。该方案与低速噪声抑制方案相结合还可以使车辆具有更好的噪声效果。

图9：6段斜杆ZigZag结构台架测试数据图

2.5 4节溜槽并联结构

图10为4段平行滑槽结构转子磁体示意图。磁铁采用4节平行滑槽布置。电机运行工况：模拟整车加速。

图10 4段斜槽并联结构转子磁体示意图

4段溜槽并联结构的噪声测试结果如图11所示。48阶噪声在整个速度范围内都有改善效果，在低速范围内效果更加明显，降低了6~ 15分贝。由于驾驶员在低速路段使用较多，因此该方案可以达到更好的效果。

图11 4段溜槽并联结构台架试验数据图

3 总结

本文从驱动电机转子磁钢结构的角度进行台架测试和验证。测试结果表明，不同转子磁体结构的噪声性能存在较大差异。 4节斜杆V型结构不仅不能改善噪音，反而使噪音效果变差。 4段斜杆ZigZag结构和6段斜杆ZigZag结构仅在某些速度段有一定的改进。 6段斜杆ZigZag结构方案结合低速噪声抑制方案也可以使车辆具有更好的噪声效果。 4段溜槽并联结构对改善48阶噪声效果较大。低速段有6~15dB的降低，48阶噪声降低到不错的水平。 5000转以下也是城市工况最常用的转速范围。采用该方案可以提高整车的噪声性能。

参考：

[1] 陈永晓，朱自强，应善成电机噪声分析与控制[M]浙江：浙江大学出版社，1987

[2] 陈世刚，沙文汉，杭梦勋，等。某纯电动汽车驱动电机噪声分析[J].汽车零部件，2019(1):22-24

[3] 姚雪松，陶文勇。某电动汽车驱动用永磁同步电机噪声分析[J].汽车零部件， 2019, 26(12):74-77

作者简介：陶文勇（1993-），男，主要从事新能源汽车驱动电机系统相关工作。

（注：本文来自《电子产品世界》杂志2020年10月号）

编辑：hfy