EV 모터 NVH 테스트: 소음, 진동 및 강도 측정 가이드

EconoTest 엔지니어링 팀 제작 · 테스트 벤치 제조업체, 상하이

NVH가 EV 모터에 중요한 이유

내연기관 차량의 경우, 엔진 소음, 배기음, 도로 소음은 전기 모터와 기어박스의 음향 신호를 차단합니다.. 배터리 전기차에, 마스킹 소스가 사라졌어요. 모터 윙윙거리는 소리, 기어 딸랑이, 전자파 윙윙거리는 소리가 객실 내 지배적인 음향 경험이 되었으며 점점 더 주요 고객 품질 불만 사항이 되었습니다.. NVH (소음, 진동과 가혹함) 대부분의 주요 OEM에서는 EV 모터 테스트가 필수 개발 단계에서 필수 개발 단계로 전환되었습니다..

모터 소음 및 진동의 원인

전자기 노이즈

PMSM 및 유도 전동기에서 가장 중요한 소음원은 고정자 톱니와 회전자 자석 사이의 전자기력입니다. (또는 로터 플럭스). 이러한 힘은 폴과 슬롯 조합에 의해 결정되는 공간 조화 주파수에서 주기적입니다.. 12극의 경우, 36-슬롯 모터, 지배적인 전자기력은 12× 전기 주파수와 그 고조파에서 발생합니다.. ~에 3,000 RPM (50 헤르츠 전기), 이것은 600 헤르츠 톤 — 명확하게 들리며 종종 모터 윙윙거리는 소리로 설명됩니다..

인버터로부터의 PWM 스위칭은 스위칭 주파수에서 추가적인 잡음을 추가합니다. (일반적으로 4~16kHz) 그리고 그 측파대. 이러한 고주파수 구성 요소는 대부분의 청취자에게 덜 불쾌감을 주지만 얇은 패널에서는 피로를 유발하고 모터 하우징 구성 요소에서 공진을 유발할 수 있습니다..

기계적 소음

베어링 소음, 로터 불균형 진동, 그리고 기어 메시 소음 (모터 일체형 감속기에서) 기계적 소스입니다. 베어링 소음은 베어링 형상과 샤프트 속도에서 계산된 특정 주파수에서 나타납니다. (BPFO, BPFI, BSF, FTF 주파수). 톱니 통과 주파수에서 기어 메시 소음이 나타납니다. (속도 × 치아 수) 그리고 그 고조파. 새로운, 잘 정렬된 모터는 광대역 바닥 위에 눈에 띄는 기어 메시 피크가 없어야 합니다.; 높은 기어 메시 톤은 피치 오류를 나타냅니다., 이심률, 또는 부적절한 기어 접촉.

구조적 공명

작은 전자기적 또는 기계적 여기력이라도 모터 하우징의 구조적 공진과 일치하면 큰 소음과 진동 수준이 발생할 수 있습니다., 고정자 스택, 또는 장착 브래킷. 모달 해석으로 고유 진동수 식별; 설계상의 과제는 작동 속도 고조파가 주파수의 ±20% 이내의 모드와 일치하지 않도록 하는 것입니다..

동력계의 NVH 테스트 방법

진동 특성 분석 (VSA)

베어링 위치의 모터 하우징에 가속도계를 장착합니다. (드라이브 엔드 및 비드라이브 엔드) 감속기가 있는 경우 동력계 기어박스 하우징에. 일정한 부하에서 모터를 최소 속도에서 최대 속도까지 구동합니다., 진동 시간 영역 데이터를 지속적으로 기록. 폭포 플롯을 생성하기 위해 FFT를 사용한 후처리 (주파수 vs 속도 vs 진폭). 주문 추적 구성 요소가 표시됩니다. (빠른 속도로 상승) 고정 주파수 공진 (속도에 관계없이 일정한 주파수).

테스트 벤치의 VSA는 생산 NVH 품질 관리를 위한 기본 도구입니다.. 주요 주파수의 진폭 제한을 기반으로 go/no-go 사양을 정의할 수 있습니다.. 6× 전기 주파수에서 한계를 초과하는 모터는 회전자 비대칭을 나타냅니다.; 기어 메시 주파수의 피크는 기어 품질 문제를 나타냅니다..

음력 레벨 측정 (ISO 1680)

ISO 1680 전기 모터 음향 소음 측정의 기본 표준입니다.. 반향 테스트 룸이 필요합니다. (음압 레벨에 따른 음력 + 방 상수) 또는 반무향실 (직접 자유장 측정). 모터는 정격 부하와 속도로 작동합니다.; 음압 레벨은 모터 주변의 표준 측정 표면에서 측정됩니다.. 음력 레벨 L_W는 표면 전체의 평균 SPL로부터 계산됩니다., 룸 기하학에 독립적.

이 테스트는 일반적으로 전용 음향 실험실에서 수행됩니다., 주요 생산 테스트 벤치에 있지 않음. 하지만, 더 간단한 마이크 어레이를 사용하여 생산 벤치에서 예비 검사를 수행하면 이상치 장치가 음향 실험실에 도착하기 전에 플래그를 지정할 수 있습니다..

주문 추적 분석

주문 추적은 모터 속도와 동기적으로 진동 또는 소리 데이터를 기록하므로 고조파 성분이 회전 속도의 배수로 표현됩니다. (명령) 절대빈도보다는. 2차 피크는 정확히 2배 회전 속도의 진동을 의미합니다., 주어진 순간에 그 주파수가 무엇인지에 관계없이. 주문 추적은 로터 불균형을 식별하는 데 특히 유용합니다. (1일차), 전자기력 (차수 = 2P, 여기서 P = 극 쌍), 그리고 기어 메쉬 (순서 = 치아 개수).

주요 지표 및 합격/불합격 기준

미터법	일반적인 EV 모터 사양	기준 / 방법
정격 부하에서의 음력 수준	<65-75dB(에이) 전력 등급에 따라	ISO 1680
하우징 진동 (속도 RMS)	<2.8 mm/s RMS (ISO 10816 클래스 I)	ISO 10816-1
기어 메쉬 차수 진폭	OEM 지정; 일반적으로 <0.5 메시 순서에서 m/s²	주문 추적, OEM 사양
전자기 노이즈 순서	<50 데시벨(에이) 극 × 슬롯 고조파의 SPL	음압 맵, OEM 사양
무부하 공회전 진동	<1 mm/s RMS	ISO 10816-1

NVH 테스트를 위한 테스트 벤치 요구 사항

NVH 테스트는 표준 성능 테스트 외에 동력계 테스트 벤치에 추가 요구 사항을 부과합니다.:

• 진동 차단 베이스 플레이트: 테스트 벤치는 동력계 진동을 모터 하우징에 주입해서는 안 됩니다.. 벤치 베이스 플레이트와 건물 바닥 사이에 에어 마운트 또는 탄성 절연체가 필요합니다.
• 저소음 커플링: 모터 출력 샤프트와 토크 변환기 사이의 유연한 커플링은 NVH 중립이어야 합니다.. 표준 조 커플링은 커플링 요소 주파수에서 톱니 메시 소음을 발생시킵니다.; NVH 테스트에는 디스크 커플링 또는 멤브레인 커플링이 선호됩니다.
• 배경 소음 층: 시험실 배경 소음은 최소한이어야 합니다. 6 모터의 최저 예상 소음 수준보다 낮은 dB. 에이 60 데시벨(에이) 모터에는 <54 데시벨(에이) 배경 - 처리된 산업 공간에서는 달성 가능하지만 개방형 공장 바닥에서는 달성 가능하지 않음
• 속도 스윕 기능: 동력계는 원활하게 실행되어야 합니다, 폭포 플롯 획득을 위해 60~120초 내에 유휴 상태에서 최대 속도까지 제어된 속도 스윕. 단계 변화는 스펙트럼을 오염시키는 일시적인 진동을 유발합니다.

자주 묻는 질문

NVH와 음향 방출 테스트의 차이점은 무엇입니까?

NVH (소음, 진동과 가혹함) 기계적 소음의 모든 감각적 측면을 포괄하는 광범위한 용어입니다.: 공중의 소리 (소음), 구조적 진동 (진동), 거칠기 또는 과도 현상에 대한 인식 (거친 것). 음향 방출 (AE) 테스트는 균열 전파 또는 표면 접촉으로 인한 초음파 응력파를 감지하는 특정 비파괴 테스트 기술로 완전히 다른 분야입니다.. 모터 테스트 환경에서, NVH 테스트는 항상 음질 테스트를 가리키는 용어입니다..

EV 모터 NVH는 기존 모터 NVH와 어떻게 다른가요??

기존 산업용 모터는 ISO에 따라 평가됩니다. 10816 진동 심각도 제한 및 ISO 1680 고정 정격 작동 지점에서의 음력 표준. EV 모터 NVH는 전체 작동 범위를 포괄해야 합니다. (0 최대 속도와 토크) 차량이 이 범위에서 지속적으로 작동하기 때문입니다.. 추가적으로, EV 애플리케이션에는 심리음향 측정항목이 필요합니다. (색조, 거, 날카로움) 물리적 dB 측정과 함께, 기내 탑승자는 음조를 인지하기 때문에 (모터 소리처럼) 동일한 dB 수준의 광대역 소음보다 더 짜증납니다..

NVH 테스트를 효율성 및 성능 테스트와 통합할 수 있나요??

예, 그리고 이것이 가장 비용 효율적인 접근 방식입니다. 가속도계와 마이크 어레이가 이미 설치된 테스트 벤치는 효율성 맵 획득 중에 진동 신호 분석을 배경 측정으로 실행할 수 있으므로 추가 테스트 시간이 필요하지 않습니다.. VSA 데이터는 기계적 상태를 검증하고 토크/속도/전력 데이터는 성능을 정량화합니다.. ISO에 따른 전체 음향 테스트 1680 별도의 음향 환경이 필요함, 그러나 생산 라인 진동 검사는 최소한의 오버헤드로 성능 테스트와 통합됩니다..

EV 모터 NVH 측정에 필요한 샘플링 속도?

PWM 스위칭 고조파를 캡처하려면 (4-16kHz 기본, 200~800kHz에서 최대 50차 고조파), 데이터 수집은 다음에서 실행되어야 합니다. 200 최소 kHz, 앤티앨리어싱 필터를 절반으로 설정한 경우. 가청 범위의 기어 메시 및 전자기 고조파용 (20 Hz~20kHz), 51.2 kHz 샘플링 속도 (오디오급 DAQ 시스템의 표준) 충분하다. 대부분의 EV NVH 프로그램은 2채널 접근 방식을 사용합니다.: 오디오급 DAQ (51.2 kHz) 가청 대역 및 고속 오실로스코프용 또는 PWM 스위칭 범위용 특수 EMI 수신기용.

모터 소리가 클수록 항상 품질이 낮아지나요??

반드시 그런 것은 아니지만 음조 소음 (단일 주요 주파수, 모터 소리처럼) 동일한 전체 dB 수준의 광대역 소음에 비해 불균형적으로 짜증스럽습니다.. 모터는 2 전체 레벨에서 dB 더 크지만 톤 구성요소가 없는 경우가 많으며 두드러진 소리가 있는 조용한 모터보다 더 수용 가능한 소리가 납니다. 800 헤르츠 우는 소리. NVH 평가에는 심리음향 분석이 포함되어야 합니다. (색조 지수, 소리의 크기) 간단한 dB 측정과 함께. 이러한 이유로 EV OEM NVH 타겟은 물리적 단위보다는 심리음향 단위로 작성되는 경우가 점점 늘어나고 있습니다..