蔡浩波， 方 亮， 鐘 偉， 王 振， 鄭 濤， 方少權(quán)

（1.寧波上中下自動(dòng)變速器有限公司， 浙江寧波 315800；2.寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司， 浙江寧波 315800）

1 引言

電動(dòng)汽車的快速發(fā)展， 帶動(dòng)了驅(qū)動(dòng)電機(jī)行業(yè)技術(shù)不斷革新， 純電動(dòng)汽車市場占比不斷增加。 除了傳統(tǒng)汽車廠商在大力投入混動(dòng)和純電車型的研發(fā)外， 相繼有多家科技企業(yè)宣布造車， 電動(dòng)汽車市場競爭日益激烈， 優(yōu)勝劣汰， 每年有大批造車新勢力進(jìn)入純電汽車行業(yè)， 同時(shí)每年也有多家造車新勢力退出純電市場。 在如此激烈的競爭環(huán)境中，要脫穎而出， 不光拼開發(fā)周期， 更要拼技術(shù)先進(jìn)性、 用戶體感， 只有用戶認(rèn)可的產(chǎn)品， 才能贏得市場。

NVH是純電汽車的重要指標(biāo)之一， 也是用戶能直接感知的一項(xiàng)， 對純電汽車而言， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的NVH直接影響了整車的NVH， 電機(jī)本身的振動(dòng)和噪音會(huì)讓人產(chǎn)生不舒適感；電機(jī)通過電機(jī)軸傳遞出的振動(dòng)， 使得齒輪、 差速器等發(fā)生響應(yīng)頻率的振動(dòng)和噪聲； 所以永磁同步電機(jī)設(shè)計(jì)必須重點(diǎn)關(guān)注影響NVH相關(guān)的指標(biāo)， 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)是影響電機(jī)NVH的重要指標(biāo)之一。

轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的成分主要包括電機(jī)齒槽轉(zhuǎn)矩、 電機(jī)本體產(chǎn)生的紋波轉(zhuǎn)矩、 控制器軟硬件引起的脈動(dòng)、 偏心、 對中等機(jī)械原因引起的脈動(dòng)。

基于上述轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)成分及影響因素， 形成了如下6大類方法： 增加周期數(shù)、 避開敏感諧波、 抑制關(guān)鍵諧波、 減少能量梯度、 轉(zhuǎn)矩分化后抵消、 引入外部抵償量。 依據(jù)上述6大類方法， 電機(jī)本體設(shè)計(jì)中最常用的手段有： 分布式繞組、轉(zhuǎn)子磁極結(jié)構(gòu)、 定子斜槽、 轉(zhuǎn)子斜極、 輔助槽、 氣隙偏心控制等。

目前汽車開發(fā)周期大幅縮短， 電機(jī)的開發(fā)周期非常緊張， 故不能用傳統(tǒng)的開發(fā)理念來進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)， 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就要把相關(guān)因素控制好， 本文基于某款驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電機(jī)基本信息介紹

此電機(jī)作為純電車型主驅(qū)電機(jī)， 需要優(yōu)異的NVH性能，以給用戶提供良好的乘坐舒適感。 該電機(jī)原始方案電磁性能各方面平衡， 表現(xiàn)優(yōu)異， 但唯獨(dú)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大于設(shè)計(jì)目標(biāo)值， 被列為NVH風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)。 作為攻關(guān)專項(xiàng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)， 由于項(xiàng)目原因， 本次優(yōu)化受到很多邊界條件的限制， 定子參數(shù)及繞組參數(shù)不能變更， 轉(zhuǎn)子磁鋼尺寸不能變更， 攻關(guān)小組經(jīng)過大量分析， 把主攻方向鎖定在了轉(zhuǎn)子輔助槽優(yōu)化設(shè)計(jì)上。

根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求 （輸出扭矩≤100Nm 時(shí)， 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)≤3Nm； 輸出扭矩＞100Nm時(shí)， 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)百分比≤3%），攻關(guān)小組對電機(jī)輔助槽進(jìn)行參數(shù)化掃描優(yōu)化。 經(jīng)過多輪分析優(yōu)化， 最終確定了優(yōu)化方案， 優(yōu)化方案前后對比詳見圖1～圖4， 從圖中對比可以看出， 優(yōu)化方案從結(jié)構(gòu)上看， 僅改變了轉(zhuǎn)子表面輔助槽的形狀， 在原方案的基礎(chǔ)上增加了一組半徑為3.2mm的輔助槽， 使電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)百分比由4.49%降至2.88%， 從而滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)要求， 降低了NVH超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 優(yōu)化前轉(zhuǎn)子

圖2 優(yōu)化前轉(zhuǎn)子局部放大視圖

圖3 優(yōu)化后轉(zhuǎn)子

圖4 優(yōu)化后轉(zhuǎn)子局部放大視圖

3 優(yōu)化前后數(shù)據(jù)對比

3.1 優(yōu)化前后轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)數(shù)據(jù)對比

圖5是優(yōu)化前后轉(zhuǎn)矩波形對比， 結(jié)合表1可以看出， 優(yōu)化后電機(jī)輸出扭矩降低了0.76%， 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)峰峰值減少了36.44%， 轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)從4.49%降至2.88%， 滿足了設(shè)計(jì)目標(biāo)≤3%的要求。 同時(shí)24 階和48 階也改善明顯， 降幅分別為21.49%和45.60%。

表1 優(yōu)化前后轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)數(shù)據(jù)對比

圖5 優(yōu)化前后轉(zhuǎn)矩波形對比

3.2 優(yōu)化前后線反電勢數(shù)據(jù)對比

圖6是優(yōu)化前后線反電勢波形對比， 表2對優(yōu)化前后的線反電勢數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比， 優(yōu)化后的線反電勢最大值及有效值均降低， 5次諧波也大幅降低， 但7次、 11次、 13次、19次諧波幅值均增大。

表2 優(yōu)化前后線反電勢數(shù)據(jù)對比

圖6 優(yōu)化前后線反電勢波形對比

3.3 優(yōu)化前后齒槽轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)對比

圖7是優(yōu)化前后齒槽轉(zhuǎn)矩波形對比， 優(yōu)化的齒槽轉(zhuǎn)矩變大， 由502.0329mNm增大至752.456mNm。

4 小結(jié)

本文基于轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)影響因素， 電機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)優(yōu)化方向， 在當(dāng)前優(yōu)化邊界條件限制的情況下， 重點(diǎn)優(yōu)化轉(zhuǎn)子輔助槽結(jié)構(gòu)， 使峰值扭矩轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)滿足≤3%的設(shè)計(jì)目標(biāo)要求， 有效降低了NVH不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 優(yōu)化前后齒槽轉(zhuǎn)矩波形對比

電機(jī)設(shè)計(jì)是平衡各項(xiàng)指標(biāo)， 以滿足設(shè)計(jì)目標(biāo)的過程，就像本文的優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例所提供的數(shù)據(jù)， 整體的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)， 但是線反電勢諧波含量、 齒槽轉(zhuǎn)矩均出現(xiàn)不同幅度的增加， 優(yōu)化設(shè)計(jì)需要根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行取舍以平衡電機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)， 設(shè)計(jì)出各項(xiàng)性能優(yōu)異的電機(jī)。