在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，電機(jī)、控制器引起的振動(dòng)和噪聲問題變得愈加顯著。新能源汽車上，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的噪聲更加顯著。中高頻段上，整車噪聲基本由電機(jī)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電控系統(tǒng)所主導(dǎo)，影響車內(nèi)聲品質(zhì)。這些問題，正在逐漸成為，整車廠、電機(jī)廠商以及電控系統(tǒng)供應(yīng)商亟待解決的棘手問題。當(dāng)前將電磁、結(jié)構(gòu)有限元分析流程有效結(jié)合起來，為電機(jī)的電磁、PWM(脈寬調(diào)制)、機(jī)械及NVH性能優(yōu)化提供了一個(gè)完整的虛擬仿真過程及數(shù)據(jù)分析功能。

為了搞清楚電機(jī)的振動(dòng)和噪聲產(chǎn)生的原因和機(jī)理，在隨后的文章中對其進(jìn)行闡述。

先從電機(jī)的噪聲說起，電機(jī)噪聲根據(jù)其產(chǎn)生機(jī)理的不同，大致可分為三類：電磁噪聲、機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力噪聲

1、電磁噪聲

電磁噪聲來源于電磁振動(dòng)，電磁振動(dòng)由電機(jī)氣隙磁場作用于電機(jī)鐵心產(chǎn)生的電磁力所激發(fā)，而電機(jī)氣隙磁場又決定于定轉(zhuǎn)子繞組磁動(dòng)勢和氣隙磁導(dǎo)。氣隙磁場產(chǎn)生的電磁力是一個(gè)旋轉(zhuǎn)力波，有徑向和切向兩個(gè)分量。徑向分量使定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生徑向變形和周期性振動(dòng)，是電磁噪聲的主要來源；切向分量是與電磁轉(zhuǎn)矩相對應(yīng)的作用力矩，它使齒對其根部彎曲，并產(chǎn)生局部振動(dòng)變形，是電磁噪聲的一個(gè)次要來源。還有很多設(shè)計(jì)和故障原因，也會造成電磁噪聲的增加，例如：鐵心飽和的影響；電網(wǎng)中的諧波分量；異步電動(dòng)機(jī)斷條；裝配氣隙不均勻等等。電磁噪聲的大小與電機(jī)氣隙內(nèi)的諧波磁場及由此產(chǎn)生的力波的幅值、頻率和磁極數(shù)有關(guān)，也同定子的固有頻率、阻尼系數(shù)等密切相關(guān)。

2、機(jī)械噪聲

電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部分的摩擦、撞擊、不平衡以及結(jié)構(gòu)共振形成機(jī)械噪聲，主要是軸承和換向引起的。電機(jī)軸承在繁重的工作狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠和外圈滾道相接處會發(fā)生彈性變形。滾道變形隨接觸處的變化呈周期性變化，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。軸承裝機(jī)后，內(nèi)外圈的配合及軸承游隙對電機(jī)噪聲也有一定的影響。換向噪聲在有滑環(huán)和換向器的電機(jī)中是不可避免的。換向噪聲有三種原因引起：

摩擦噪聲。電刷與滑環(huán)和換向器的滑動(dòng)連接處產(chǎn)生摩擦噪聲，其大小與滑環(huán)和換向器表面狀態(tài)、電刷的摩擦系數(shù)、電刷壓力以及空氣的絕對濕度有關(guān)。

撞擊噪聲。由于換向器變形，云母溝工藝不好，電刷在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)周期性的撞擊換向片從而產(chǎn)生噪聲。

火花噪聲。由電刷和換向器或滑環(huán)接觸導(dǎo)電過程中產(chǎn)生的火花引起。

3、空氣動(dòng)力噪聲

產(chǎn)生這種噪聲的根本原因是電機(jī)通風(fēng)系統(tǒng)中氣流壓力的局部迅速變化和隨時(shí)間的急劇脈動(dòng)，以及通風(fēng)氣流與電機(jī)風(fēng)路管道的摩擦。

這種噪聲通常直接從氣流中輻射出去。電機(jī)的空氣動(dòng)力噪聲主要包括：

旋轉(zhuǎn)噪聲:風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣質(zhì)點(diǎn)受到風(fēng)葉周期性力的作用，產(chǎn)生壓力脈動(dòng)，就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)噪聲。

渦流噪聲:在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子表面上的突出物會影響氣流。由于粘滯力的作用，氣流分裂成一系列分立的小渦流，這種渦流之間的分裂使空氣擾動(dòng)，形成壓縮與稀疏過程，從而產(chǎn)生噪聲。

笛聲:氣流遇障礙物發(fā)生干擾時(shí)會產(chǎn)生單一頻率的笛聲，隨轉(zhuǎn)動(dòng)部件和固定部件之間氣隙的減小而增強(qiáng)。

通常在封閉式的電機(jī)中噪聲的形成不僅與機(jī)殼振動(dòng)強(qiáng)度有關(guān)，而且還與聲源的大小和輻射的波長之間的關(guān)系有關(guān)，以及輻射表面的波節(jié)線分布情況有關(guān)，如果波長大于噪聲源的尺寸，那么隨著輻射體尺寸的增加，輻射聲強(qiáng)也增大。在電機(jī)的振動(dòng)噪聲中有兩個(gè)特點(diǎn)特別重要，往往只要加以適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，就可以取得明顯的防振降噪效果。一是轉(zhuǎn)子的平衡，電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡能產(chǎn)生顯著的振動(dòng)，二是電機(jī)的安裝和連接，電機(jī)的安裝與連接好壞可以大大改變電機(jī)本身和與之相連的元件的振動(dòng)噪聲情況。