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原文传递内置式永磁同步电机电磁噪声的声品质评价

论文题名：	内置式永磁同步电机电磁噪声的声品质评价
关键词：	纯电动汽车;内置式永磁同步电机;电磁噪声;声品质
摘要：	纯电动汽车低速行驶时过于安静、缺乏动力感，而高速行驶时内置式永磁同步电机的高频电磁噪声可能让人感到烦躁。消费者对纯电动汽车的NVH性能要求不再停留在低噪声水平，而是对声品质提出了更高的要求。内置式永磁同步电机的电磁噪声高频、时变，其声品质越来越受到广泛关注。本文旨在预测和评价内置式永磁同步电机电磁噪声的声品质，为改善内置式永磁同步电机和纯电动汽车车内噪声的声品质性能提供理论依据和工程指导。　　（1）内置式永磁同步电机气隙磁场和电磁力波特性分析。利用等效磁路法和宏观方程的边界条件建立了径向和切向永磁体磁场的解析模型，与电枢反应磁场叠加后得到了合成气隙磁场和电磁力波的解析模型。建立了内置式永磁同步电机的三维几何模型和电磁有限元模型，利用电磁有限元仿真计算了气隙磁场和电磁力波，并分析了隙磁场和电磁力波的幅频特性。研究结果表明：基于等效磁路法和宏观方程边界条件的永磁体磁场解析模型具有较高的精度。气隙磁场的空间阶次为np±iQs，频率为μfc和fs±kfc；电磁力波的空间阶次为2np，频率为2μfc和fs±kfc。其中，p为电机极对数，Qs为定子槽数，fc为基波电流频率，fs为逆变器开关频率，n=1,3,5,…，i=0,1,2,3,…，μ=1,3,5,…，k=0,1,2,3,…。　　（2）内置式永磁同步电机电磁噪声的仿真计算及试验验证。建立了内置式永磁同步电机电磁噪声多物理场耦合仿真模型，开展了电磁噪声测试试验，并对比了电磁噪声的仿真结果和试验结果。利用仿真电磁噪声的频谱合成了虚拟电磁噪声音频。研究结果表明：稳态工况和加速工况的电磁噪声仿真结果具有相同的频率特性，主要频率为2μfc和fs±kfc。电磁噪声的试验结果也具有相似的频率特性。利用仿真电磁噪声频谱合成的虚拟电磁噪声与试验直接测得的电磁噪声在时域波形的幅值上存在一定误差。虚拟电磁噪声和试验电磁噪声时域波形的差异主要是由低频分量的差异造成的。　　（3）虚拟电磁噪声样本和试验电磁噪声样本的声品质评价。分别计算了虚拟电磁噪声样本和试验电磁噪声样本的客观声学参数，开展了主观评价试验，对比分析了虚拟电磁噪声样本和试验电磁噪声样本的主客观评价结果。此外，还计算了虚拟电磁噪声样本主客观评价结果的相关性。研究结果表明：噪声样本的A计权声压级、响度和尖锐度均随转速升高先增大后减小，在7100rpm附近达到最大值。粗糙度、抖动度、音调度和语音清晰度的计算结果差异较大，且随转速升高没有明显一致的趋势。评价主体的主观感受随转速变化呈明显的趋势。转速越低，评价主体的主观感受趋向于“舒适的”和“虚弱无力的”；转速越高，评价主体的主观感受趋向于“烦躁的”和“强劲有力的”。虚拟电磁噪声样本“烦躁的-舒适的”和“虚弱无力的-强劲有力的”两个维度的主观评价值主要和噪声样本的A计权声压级、响度和尖锐度相关。　　（4）内置式永磁同步电机电磁噪声的声品质预测建模分析。利用虚拟电磁噪声的主客观评价结果，基于BP神经网络、广义回归神经网络（GRNN）和支持向量机（SVM）分别建立了主客观统一的声品质预测模型。利用虚拟电磁噪声和试验电磁噪声的主观评价值，基于线性回归建立了仿真与试验统一的声品质预测模型。研究结果表明：基于SVM的主客观统一的声品质预测模型预测误差更小，并且模型的稳定性更高。虚拟电磁噪声样本和试验电磁噪声样本的主观评价值存在一定线性关系，基于线性回归的仿真与试验统一的声品质预测模型具有较高精度。
作者：	张京京
专业：	车辆工程
导师：	马琮淦
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021