艾鳳杰

【摘 要】電機(jī)的出現(xiàn)是機(jī)械化的一個(gè)重要標(biāo)志，一個(gè)國(guó)家電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)水平都會(huì)成為衡量一個(gè)國(guó)家力量的關(guān)鍵因素，而隨著世界科學(xué)技術(shù)水平的快速提高，已經(jīng)研發(fā)出純電動(dòng)汽車(chē)。而電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)系統(tǒng)不同于普通燃油汽車(chē)，電動(dòng)汽車(chē)的運(yùn)行狀況決定了它專(zhuān)屬的電機(jī)，但是這種電機(jī)還存在著缺陷就是噪聲問(wèn)題。為了能夠更好地體現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的環(huán)保性，本文會(huì)在幾個(gè)方面進(jìn)行分析，給出電機(jī)產(chǎn)生噪音的原因以及解決方法。

【關(guān)鍵詞】電機(jī)；噪聲；純電動(dòng)汽車(chē)；設(shè)計(jì)方法

隨著世界科技水平的發(fā)展，帶動(dòng)了很多行業(yè)的快速發(fā)展，但也使得能源的消耗成為了一個(gè)大問(wèn)題。如今能源危機(jī)不斷加大，人們保護(hù)環(huán)境的意識(shí)也在不斷提高。而伴隨著科技的發(fā)展，純電動(dòng)汽車(chē)誕生并且在快速的更新完善，國(guó)家相關(guān)規(guī)定了純電動(dòng)汽車(chē)的性能指標(biāo)，其中最受人關(guān)注的就是純電動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)噪聲，如何改善這一方面的問(wèn)題，如何優(yōu)化電動(dòng)車(chē)內(nèi)外噪聲，也就成為了焦點(diǎn)。本文將從理論上分析電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)產(chǎn)生噪聲的原因，并通過(guò)研究給出相適應(yīng)的設(shè)計(jì)方法和改進(jìn)方案。

一、電機(jī)系統(tǒng)概況

和普通工業(yè)電機(jī)不同，純電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩工作范圍更加的廣泛，這種電機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行的額定電流比較小，這也就說(shuō)明它在滿(mǎn)額負(fù)載工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生更大的扭矩。而恰恰電機(jī)系統(tǒng)的性能會(huì)嚴(yán)重影響到純電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力、安全、經(jīng)濟(jì)性能以及噪聲振動(dòng)等方面，所以我們分析研究找到引起這些因素的原因，并且完善優(yōu)化電機(jī)構(gòu)造，確保它能夠有著比較寬的高效區(qū)、高的功率密度、高的轉(zhuǎn)矩密度、廣泛的調(diào)速范圍，其次還要要求它能夠有著優(yōu)秀的低速重載性能、可靠性、低噪聲污染等性能。而純電動(dòng)汽車(chē)雖然在其他方面由于燃油汽車(chē)，但是在噪聲方面不能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的要求，這也引起了人們的不滿(mǎn)和關(guān)注，所以分析電機(jī)產(chǎn)生噪聲的原因以及解決方法是十分必要的，這也是社會(huì)的趨勢(shì)所在。

二、噪聲產(chǎn)生原因分析

純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)因?yàn)樾枰l繁的啟動(dòng)、換擋、加速、減速、停車(chē)以及爬坡需要比較高的轉(zhuǎn)矩，而在高速平穩(wěn)行駛時(shí)需要比較小的轉(zhuǎn)矩、更加廣泛的調(diào)速范圍，所以對(duì)純電動(dòng)車(chē)車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能要求是比較高的。而在特定的工作場(chǎng)所，尤其是高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速區(qū)間，會(huì)產(chǎn)生更大的噪聲，會(huì)嚴(yán)重影響用戶(hù)的乘車(chē)舒適度，還會(huì)產(chǎn)生不可避免的噪聲污染，通過(guò)對(duì)以往內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)電機(jī)的研究方法對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行要就分析，我們可以將純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生噪聲的原因分為以下幾個(gè)部分：

2.1 結(jié)構(gòu)原因

2.1.1 軸承間隙

和普通工業(yè)電機(jī)相似，電機(jī)內(nèi)都裝配有相適合的軸承，我們一般成為電機(jī)軸承或者是馬達(dá)軸承，它的功能是支撐一根軸的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，引導(dǎo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)減少軸與其他零件的摩擦，同時(shí)還要承受軸上空轉(zhuǎn)的部件。而由于加工精度或者是裝配過(guò)程的不準(zhǔn)確從而導(dǎo)致軸承與軸承支座之間產(chǎn)生比較大的縫隙，而這個(gè)誤差在規(guī)定誤差范圍之外，導(dǎo)致軸在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)振動(dòng)，帶動(dòng)軸承和軸承支座產(chǎn)生碰撞，從而導(dǎo)致噪聲。

2.1.2 電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡性差

同于電機(jī)軸承，電機(jī)轉(zhuǎn)子也是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的零件，它是電機(jī)進(jìn)行掃膛的部件，它的主要功能就是能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能和電能、電能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。如果轉(zhuǎn)子的平衡性比較差的話(huà)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械噪聲，這也是常見(jiàn)的一種原因。如果它的頻率和旋轉(zhuǎn)頻率相同的話(huà)，會(huì)產(chǎn)生低頻噪聲。但是如果由于裝配過(guò)程導(dǎo)致安裝不良，會(huì)使得定子、轉(zhuǎn)子的固有頻率同于其轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，這會(huì)導(dǎo)致比較大的機(jī)械噪聲。

2.1.3 其它零件因素

另外，除了以上兩個(gè)比較重要的因素外，磁鋼松動(dòng)、脫落也會(huì)導(dǎo)致噪聲產(chǎn)生。由于電機(jī)外殼不符合要求，導(dǎo)致其他零部件不能夠與之進(jìn)行合適的公差配合，導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部零件產(chǎn)生軸向移動(dòng)或者徑向跳動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。最后，也可能是因?yàn)橛兴㈦姍C(jī)轉(zhuǎn)向器表面氧化、燒壞、油漬、換向片松動(dòng)等原因?qū)е略肼?，這些都是可通過(guò)改良零件加工工藝或者更換新的零件解決的。

2.2 電磁噪聲

純電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)生噪聲的主要原因就是電磁噪聲，也是電機(jī)噪聲的主要成分。由于電機(jī)氣隙磁波在定子金屬齒上產(chǎn)生力的作用，從而引起隨時(shí)空不穩(wěn)定變化的徑向力以及切向磁力，使得電機(jī)外殼與定子金屬芯隨時(shí)變化產(chǎn)生周期性的振動(dòng)，從而引起噪聲。我們更需要注意的是，當(dāng)徑向電磁力波越接近電機(jī)定子固有頻率時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更大的共振反應(yīng)從而導(dǎo)致噪聲更大。其次就是開(kāi)口槽、鐵芯飽和情況也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)電磁噪聲的產(chǎn)生。一般情況下，電磁噪聲主要會(huì)發(fā)生在電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)間，這些噪聲不但會(huì)影響到用戶(hù)的體驗(yàn)，還會(huì)是能耗加大，加快電機(jī)壽命的損耗。

2.3 空氣動(dòng)力噪聲

一般情況下，我們將電機(jī)空氣噪聲分為渦流噪聲和笛鳴噪聲兩個(gè)情況。渦流噪聲主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)子以及風(fēng)扇的高速轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致冷空氣湍流在旋轉(zhuǎn)的零件表面交替出現(xiàn)從而引起的渦流，而這種現(xiàn)象的發(fā)生同時(shí)還會(huì)帶有很大的噪聲，這種噪聲的頻譜范圍是比較廣泛的，我們稱(chēng)之為渦流噪聲。另一個(gè)笛鳴噪聲是因?yàn)榭諝獾目焖賶嚎s，導(dǎo)致空氣快速流動(dòng)，流動(dòng)的氣體遇到電機(jī)內(nèi)部阻礙其流動(dòng)的零件產(chǎn)生的噪聲。這些噪聲是不可避免的，因?yàn)殡姍C(jī)內(nèi)部需要有轉(zhuǎn)動(dòng)的零件，只要有轉(zhuǎn)動(dòng)必定會(huì)引起空氣的流動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)，只有通過(guò)優(yōu)化改良才能減少這類(lèi)噪聲。

三、降噪的設(shè)計(jì)方法

3.1 構(gòu)造方面

定期檢查電機(jī)軸承、定子、轉(zhuǎn)子以及磁鋼等零部件，如有損壞需要及時(shí)修理或者更換。如果電機(jī)外殼不符合標(biāo)準(zhǔn)造成軸向跳動(dòng)可以適當(dāng)增加墊圈或者聯(lián)系廠家更換符合標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)外殼，另外定時(shí)清洗換向器表面，調(diào)整碳刷架。

3.2 技術(shù)方面

3.2.1 槽配合

選擇合適的槽配合，因?yàn)殡姶帕Σǖ碾A次會(huì)受到定子、轉(zhuǎn)子槽數(shù)量的影響，也就是說(shuō)不同槽配合的電機(jī)會(huì)產(chǎn)生不同階次的電磁力波，所以不同型號(hào)的電機(jī)要選擇合適的定子、轉(zhuǎn)子槽數(shù)，避開(kāi)各零件固有振動(dòng)頻率，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2.2 合適的繞組形式

選擇合適的繞組節(jié)距以及短距線(xiàn)圈能夠有效地降低磁動(dòng)勢(shì)波形里面的諧波含量以及力波幅值。我們都熟知，三相繞組不包含三次諧波，其起主要作用的是五次、七次諧波，所以我們需要消除五次、七次諧波的影響，就要消除其本身，這是一般采用的繞組節(jié)距是整距的五倍或者六倍即可消除，二級(jí)電機(jī)繞組節(jié)距需要是整距的二倍或者三倍，其他的可以根據(jù)類(lèi)似研究方法得到。

3.2.3 隔絕傳播路徑

對(duì)于純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)我們一般采用隔聲和隔振兩種方法，密封這種方法不適用于這類(lèi)電機(jī)，而且技術(shù)繁瑣復(fù)雜，成本較高。主要是通過(guò)對(duì)電機(jī)進(jìn)行相關(guān)處理達(dá)成降低噪聲的目的，使用散熱性能好、耐磨的金屬材料制造相適應(yīng)的屏蔽裝置對(duì)電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，減少電機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)動(dòng)零件與空氣的接觸，減少電機(jī)噪聲的傳播路徑，從而達(dá)到隔聲的目的。其次，還可以對(duì)電機(jī)進(jìn)行懸置處理，在電機(jī)外壁添加阻尼板，實(shí)現(xiàn)隔振的效果。

四、結(jié)語(yǔ)

消除純電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)噪聲一項(xiàng)涉及多學(xué)科內(nèi)容極廣泛、復(fù)雜的研究項(xiàng)目，尤其在系統(tǒng)可靠性、可維修性及空氣性等方面，另外在電機(jī)構(gòu)造、電機(jī)軸承、轉(zhuǎn)子動(dòng)力等方面進(jìn)行深入研究才是關(guān)鍵所在，而就現(xiàn)代的科技水平可以滿(mǎn)足這些課題的研究，這些定量計(jì)算不僅十分復(fù)雜還要保證數(shù)據(jù)的正確無(wú)誤，是保證電機(jī)能否可靠、平穩(wěn)、低噪聲運(yùn)行的關(guān)鍵所在，這在機(jī)電設(shè)備的研發(fā)方面占有十分重要的地位?？傊覀円驹谑澜缜把兀芯块_(kāi)發(fā)先進(jìn)的低噪聲純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為國(guó)家科技水平做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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