CN112989509A - 用于优化电动汽车nvh性能的转子及其优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于优化电动汽车NVH性能的转子及其优化方法。优化电机转子冲片的磁障形状来改变转子结构,在不提高转子加工难度的基础上,改善了电机径向磁密的谐波含量,降低转矩脉动、提高平均转矩,改善电机驱动质量,同时较低的脉动转矩可以降低动力总成齿轮啮合间的敲击噪声,达到优化电动汽车NVH性能的目的。提供了一种完整的优化仿真流程测试使用结构优化的转子的电动汽车的NVH性能,减少通过实验法优化转子结构的难度和成本,提高了优化NVH的效率。该方法还通过对电机转速的参数化设置获得了多工况下的振动噪声,提高优化的可靠性。

Description

用于优化电动汽车NVH性能的转子及其优化方法
技术领域
本发明属于电动汽车转子设计领域,具体涉及用于优化电动汽车NVH性能的转子及其优化方法。
背景技术
由于恶劣气候环境的影响,国际上对于环保问题也越来越重视。电动汽车由于其独特的环保优势也受到众多车企的青睐。同时,电动汽车的配套基础设施在近些年来在不断完善,电动汽车也越来越受人们的欢迎。优秀的NVH性能可以在众多电动汽车中脱颖而出,更具有竞争力。动力总成是电动汽车的驱动源,动力总成的NVH性能对于整车NVH性能起着决定性作用。因此对于电动汽车动力总成的NVH性能优化的研究十分必要。
当前,为了提高电动汽车的续航里程,减少人们的续航焦虑,车企对原有驱动系统进行集成化设计,节约整车空间,降低质量以装下具有更高续航里程的电池。电动汽车动力总成相对与传统燃油车整体声压级有明显的降低,具有更好的NVH性能,但是高频的电磁噪声极易引起车内人员的精神疲惫和情绪烦躁。动力总成的最主要振动噪声是电机的电磁噪声。因此改进电机的转子结构,降低电磁噪声,可以达到优化NVH性能的目的。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提出了用于优化电动汽车NVH性能的转子结构及其优化方法,对现有的电机转子结构进行改进,优化电动汽车的NVH性能;并建立优化分析系统,根据各转速下的噪声瀑布图,对转子结构进行进一步的优化。
用于优化电动汽车NVH性能的转子,由X个转子冲片叠压后使用黏合胶加固。在每个转子冲片中心设置圆形电机轴的安装孔,安装孔的外侧设置有2P个磁极,每个磁极由三块永磁体组成,呈双层分布。靠近电机轴安装孔的一侧称为内层磁极,远离的称为外层磁极。
转子的磁障孔也为双层分布,其中靠近电机轴安装孔一侧的内层磁障孔为双“人”字形结构,与磁极的夹角为M,M的取值范围为110°~113°。远离电机轴安装孔的为外层磁障孔,呈“一”字形结构。对矩形的外层磁障孔进行改进,改进后外层磁障孔的内边缘与侧边缘的夹角N的取值范围为90°~150°,侧边缘的长度范围为3~4.5mm;使用末端带圆弧的线段连接侧边缘与外边缘,圆弧的半径范围为0.3~0.4mm,连接侧边缘的圆弧圆心角为79°,连接外边缘的圆弧圆心角为91°。
作为优选,在转子冲片外侧构造辅助圆弧槽,以转子圆心为中心点建立正2P边形,使该多边形外切于转子冲片外轮廓,以该正2P边形的顶点为圆心,构造半径为R的辅助圆与转子轮廓相叠加,去掉两者重叠的部分,获得转子冲片辅助圆弧槽,辅助圆的半径R的变化范围为5~7mm。
上述磁极、磁障孔与辅助圆弧槽均围绕转子中心均匀分布,并保证优化前后的永磁体材料不变。
用于优化电动汽车NVH性能的转子优化方法,具体包括以下步骤:
步骤一、建立动力总成永磁同步电机的电磁模型,对电机转速进行参数化设置,获得各个转速下的径向电磁力。
步骤二、建立动力总成的外部壳体,对动力总成的固有模态进行分析。
步骤三、对步骤一和步骤二建立的电磁、结构模型进行耦合分析,获得动力总成壳体的振动响应。对振动响应结果进行处理后,输出动力总成壳体表面在各转速下的噪声瀑布图。
步骤四、将步骤三得到的动力总成表面振动作为激励源进行声辐射分析,建立空气球域,模拟噪声在空气中的传播,获得空气域表面辐射的噪声瀑布图。
步骤五、通过对步骤四得到的噪声瀑布图识别噪声分布情况以及各个转速下的声压级的大小,判断当前转子结构是否满足优化NVH性能的要求,满足则输出当前转子结构,不满足则返回步骤一,调整永磁同步电机转子结构,将改良后的转子结构导入新的电磁模型中。
本发明具有以下有益效果:
1、通过优化电机转子冲片的磁障来改变转子结构,在不提高转子加工难度的基础上,改善了电机径向磁密的谐波含量,降低转矩脉动、提高平均转矩,改善电机驱动质量,同时较低的脉动转矩可以降低动力总成齿轮啮合间的敲击噪声,达到优化电动汽车NVH性能的目的。
2、通过对电动汽车动力总成的振动噪声进行建模与仿真,提供了一种完整的优化仿真流程,减少通过实验法优化转子结构的难度和成本,提高了优化NVH的效率。
3、在优化转子结构的过程中,对电机转速进行参数化设置,实现对多工况下动力总成的振动噪声进行分析,可以在全工况下考虑、优化动力总成噪声,提高优化NVH性能的可靠性。
附图说明
图1为动力总成NVH性能优化流程图;
图2为原电动汽车动力总成电机转子冲片结构示意图;
图3为原电动汽车动力总成电机输出转矩示意图;
图4为原电动汽车动力总成电机径向磁密示意图;
图5为电动汽车动力总成有限元结构示意图;
图6为原电动汽车动力总成表面的等效噪声瀑布图;
图7为原电动汽车动力总成远声场等效噪声瀑布图;
图8为优化后的动力总成永磁同步电机转子冲片结构示意图;
图9为优化后的电动汽车动力总成电机转矩示输出意图;
图10为优化后的电动汽车动力总成电机径向磁密示意图;
图11为优化后的电动汽车动力总成表面的等效噪声瀑布图;
图12为优化后的电动汽车动力总成远声场等效噪声瀑布图;
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的解释说明;
如图1所示,用于优化电动汽车NVH性能的转子优化方法,具体包括以下步骤:
步骤一、建立动力总成永磁同步电机的电磁模型,对电机转速进行参数化设置,获得各个转速下的径向电磁力。
所述永磁同步电机的转子结构如图2所示,由X个转子冲片叠压后使用黏合胶加固。在每个转子冲片中心设置圆形电机轴的安装孔,安装孔的外侧设置有八个磁极,每个磁极由三块永磁体组成,呈双层分布。靠近电机轴安装孔的一侧称为内层磁极,远离的称为外层磁极。
转子的磁障孔也为双层分布,其中靠近电机轴安装孔一侧的内层磁障孔为双“人”字形结构,与磁极的夹角M为110°。远离电机轴安装孔的为外层磁障孔,呈“一”字形结构。对矩形的外层磁障孔进行改进,改进后外层磁障孔的内边缘与侧边缘的夹角N为113°,侧边缘的长度范围为3~4.5mm;使用末端带圆弧的线段连接侧边缘与外边缘,圆弧的半径为0.3mm,连接侧边缘的圆弧圆心角为79°,连接外边缘的圆弧圆心角为91°。
上述磁极、磁障孔与辅助圆弧槽均围绕转子中心均匀分布,并保证优化前后的永磁体材料不变。
总成电机输出转矩与径向磁密示意图如图3、图4所示。
步骤二、建立动力总成的外部壳体,包括电机定子、电机壳体、电机端盖、减速器壳体、减速器端盖5个部分,如图5所示,对动力总成的固有模态进行分析。
步骤三、对步骤一和步骤二建立的电磁、结构模型进行耦合分析,获得动力总成壳体的振动响应。对振动响应结果进行处理后,输出动力总成壳体表面在各转速下的噪声瀑布图,如图6所示。
步骤四、将步骤三得到的动力总成表面振动作为激励源进行声辐射分析,建立空气球域,模拟噪声在空气中的传播,获得空气域表面辐射的噪声瀑布图,如图7所示。
步骤五、通过对步骤四得到的噪声瀑布图识别噪声分布情况以及各个转速下的声压级的大小,在1625~2500rpm以及5500~6000rpm下噪声较为严重。如图8所示,调整转子冲片内侧磁障孔与磁极夹角M为113°和转子冲片外侧层磁障孔内边缘与侧边缘的夹角N为145°,并在在转子冲片外侧构造辅助圆弧槽,以转子圆心为中心点建立正八边形,使该多边形外切于转子冲片外轮廓,以该正八边形的顶点为圆心,构造半径R为5.5mm的辅助圆与转子轮廓相叠加,去掉两者重叠的部分,获得转子冲片辅助圆弧槽。将调整后的转子结构导入同步电机的电磁模型中,输出新的仿真结果,如图9-12所示,分别为优化后的电动汽车动力总成电机转矩输出示意图、径向磁密示意图、表面等效噪声瀑布图和远声场等效噪声瀑布图。优化后的转子在1625~2500rpm以及5500~6000rpm下的峰值噪声降低了6dB,表明该转子可以优化动力总成NVH性能。

Claims (3)

1.用于优化电动汽车NVH性能的转子,由X个转子冲片叠压后使用黏合胶加固,在每个转子冲片中心设置圆形电机轴的安装孔,其特征在于:电机轴安装孔的外侧设置有2P个磁极,每个磁极由三块永磁体组成,呈双层分布;靠近电机轴安装孔的一侧称为内层磁极,远离的称为外层磁极;
转子的磁障孔也为双层分布,其中靠近电机轴安装孔一侧的内层磁障孔为双“人”字形结构,与磁极的夹角为M,M的取值范围为110°~113°;远离电机轴安装孔的为外层磁障孔,呈“一”字形结构;对矩形的外层磁障孔进行改进,改进后外层磁障孔的内边缘与侧边缘的夹角N的取值范围为90°~150°,侧边缘的长度范围为3~4.5mm;使用末端带圆弧的线段连接侧边缘与外边缘,圆弧的半径范围为0.3~0.4mm,连接侧边缘的圆弧圆心角为79°,连接外边缘的圆弧圆心角为91°;
上述磁极、磁障孔与辅助圆弧槽均围绕转子中心均匀分布,并保证优化前后的永磁体材料不变。
2.如权利要求1所述用于优化电动汽车NVH性能的转子,其特征在于:在转子冲片外侧构造辅助圆弧槽,以转子圆心为中心点建立正2P边形,使该多边形外切于转子冲片外轮廓,以该正2P边形的顶点为圆心,构造半径为R的辅助圆与转子轮廓相叠加,去掉两者重叠的部分,获得转子冲片辅助圆弧槽,辅助圆的半径R的变化范围为5~7mm。
3.如权利要求1所述用于优化电动汽车NVH性能的转子的优化方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
步骤一、建立动力总成永磁同步电机的电磁模型,对电机转速进行参数化设置,获得各个转速下的径向电磁力;
步骤二、建立动力总成的外部壳体,对动力总成的固有模态进行分析;
步骤三、对步骤一和步骤二建立的电磁、结构模型进行耦合分析,获得动力总成壳体的振动响应;对振动响应结果进行处理后,输出动力总成壳体表面在各转速下的噪声瀑布图;
步骤四、将步骤三得到的动力总成表面振动作为激励源进行声辐射分析,建立空气球域,模拟噪声在空气中的传播,获得空气域表面辐射的噪声瀑布图;
步骤五、通过对步骤四得到的噪声瀑布图识别噪声分布情况以及各个转速下的声压级的大小,判断当前转子结构是否满足优化NVH性能的要求,满足则输出当前转子结构,不满足则返回步骤一,调整永磁同步电机转子结构,将改良后的转子结构导入新的电磁模型中。
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