1. 何为电驱动系统?
与传统的驱动方式相比,电驱动系统以消耗电能达到驱动系统运动或工作的目的,目前该类型的驱动方式已经广泛的应用于工业领域,与大家日常生活息息相关的电驱动主要存在于家电领域,典型的有:
家用空调系统的电动压缩机:其通过电机带动转子工作,达到压缩空气的目的,从而实现其功能循环;
电动车:不论是燃料电池电动车及其他类型电池电动车,其驱动方式以电机直驱或电机带动减速器工作,达到驱动车轮的目的;
汽车座椅驱动、车窗驱动也同样采用电驱动的方式;
小型无人机也大多采用电驱动方式。
当然,在一些重型工业中,电驱动的方式也同样存在,例如电力机车、风电、潜艇推进系统等领域,也同样存在大量的采用电驱动方式,典型的应用如图1所示。
图1:电驱动的典型应用
由此可见,电驱动的应用领域越来越广,其使用产品也越来越大,可以预见在不久的将来,可能我们日常所见的驱动方式将主要以电驱动为主。
2. 电驱动有什么优缺点
然而,对于电驱动与常规的驱动方式(燃烧、蒸汽、等)相比,电驱动有哪些优点呢?电驱动比较典型的优点有:
1)控制精度高;
2)传动平稳,波动较小,因此比较适合精密加工;
3)振动噪声较低;
4)便于控制;
5)电力作为能源来源,其便于排放的集中处理;
随着国内新能源车的提出,让大家对电驱动更加关注,然而电驱动也存在一些问题,具体表现为:
1)其振动噪声虽然低,但其特征为典型的单频信号,其声品质较差;
2)核心电子器件(IGBT)成本较高;
3)对电流谐波较为敏感,电流谐波有可能直接影响其性能,因此电控的优劣显得尤为重要;;
4)对电磁兼容的要求较高。
对于振动噪声而言,电驱动的典型频谱特征如图2所示。
图2 某电动车电驱动频谱特征
由图2可以看出:电驱动的单频信号较为明显,不存在明显的宽频激励,因此振动噪声将以该单频信号为主,直接影响其品质;且NVH问题主要集中在中高频段。
3. 电驱动的典型构成
对于电驱动的典型构成,一般主要由以下及部分组成:
1)供电系统;
2)控制系统;
3)电机(或电机+减速器);
4)冷却系统:主要用于电机冷却
对于电动车的电驱动系统及其NVH来说,其主要组成如图3所示。
图3:电动车电驱动系统及其NVH
对于其他领域的电驱动NVH问题,其可能在供电方式、电机冷却模式上存在差异,其对应的NVH问题上会涉及到冷却方式引入的新的声源;其他方面不存在大的差异。
4. 电驱动系统NVH问题
作为电驱动的主要组成部分,电机的NVH成为了一个不可忽略的部分;当然根据驱动环节中是否存在减速器,其NVH问题也是其中的一部分。
然而电机的NVH问题直接与电控、电机电磁、结构设计有很强的关系,因此对于电机的NVH问题,我们采用图4进行分类描述。
图4 电机NVH问题分类介绍
在电机的NVH建模上,为了保证正向开发、故障诊断的需求,我们需要满足电机的NVH方案评价及精确建模两种完全不同的要求,因此对于电机的NVH建模,我们需要考虑以下因素:
1)电机的激励源建模:
电机电磁场建模与标定—获取电磁载荷;
电机转子动力学分析—获取电机的机械结构载荷;
冷却系统噪声源获取:CFD等,根据实际冷却方式而定;
2)电机的材料参数获取;
涉及到电机硅钢片的材料参数提取;
硅钢片及线圈阻尼效应获取;
3)电机传递函数建模:
动力学模型搭建及标定;
4)电机NVH分析:
电机的近场噪声;
电机振动分析;
电机远场噪声;
5)电机与系统集成NVH问题。
来源:豹驰声学科技有限公司 孙新波博士