基于电动汽车驱动电机结构参数优化的电磁噪声抑制方法研究

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随着电动汽车快速普及与技术进步,驱动电机电磁噪声问题受到轻量化、高速化、高转矩密度化等电机技术发展趋势影响而愈发明显。相比于电机流体动力噪声以及机械传动噪声,电磁振动噪声幅值更高,更易引起人体不适且抑制更为困难。结构参数优化是电磁噪声抑制的重要内容,其关键在于如何通过对繁多、冗杂且存在耦合的电机结构参数进行面向电机电磁噪声以及电机输出性能的敏感性分析得到待优化的结构参数以及如何基于敏感性分析结果对这些参数进行有序、有效和高效的优化。对此提出了一种基于结构参数作用分类以及最佳预测元模型的敏感性分析方法以及在此基础上的待优化参数分级递进式优化方法:首先基于Maxwell应力张量法对径向电磁力密度进行解析,明确其组成与产生原因。同时基于低空间阶次、高幅值等引起强烈电磁噪声的径向电磁力密度的时空特性确定了径向电磁力密度中的关键成分。基于气隙磁导以及磁势解析,分析了抑制切向气隙激励引起的转矩波动相关机理模型。建立了驱动电机全结构参数化有限元电磁计算模型,将电机结构用46个结构参数进行表示。基于气隙电磁激励以及电机输出性能确定有限元模型计算内容,通过电机台架实验验证了有限元模型的电磁性能计算精度,并明确了强烈电磁噪声对应的工况点与产生原因。提出一种基于结构参数作用分类以及最佳预测元模型的敏感性分析方法。首先对参数进行作用分类,并通过参照参数建立各类分析结果之间的联系,其次基于最佳预测元模型拟合结构参数与目标函数的关系模型,并基于参数对拟合精度的贡献量化评价结构参数的敏感性水平,以此实现参数的筛选与分级。为实现对敏感性筛选分级后待优化参数有序、有效和高效的优化,提出一种分级递进式的优化方法,根据敏感性分级结果,按强-中-弱顺序对结构参数进行优化,每级优化以上级优化结果为输入,以此实现分级和递进,同时优化方法根据待优化参数数量以及敏感性水平进行调整。优化结果表明在不降低电机输出性能的前提下,气隙电磁激励得到抑制,电磁噪声声压级也得到降低。
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