汽车发电机高低转速电磁噪声的解决方案

机械研究与应用2013年第6期第26卷，总第128期应用与试验汽车发电机高低转速电磁噪声的解决方案王朝建一，王国东，石磊1辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州121001；2安徽中鼎减振橡胶技术有限公司，安徽宁国2423003锦州汉拿电机有限公司，辽宁锦州121013；4中石油西南管道公司兰州输油气分公司，甘肃兰州730000摘要针对某型汽车交流发电机高转速下的电磁异响问题和低转速区间的电磁噪声问题进行分析。综合考虑影响电磁噪声的关键因素，给出高低转速下电磁噪声的解决方案，并取得满意效果。为发电机的降噪设计提供依据。关键词交流发电机；电磁噪声；解决方案中图分类号TM61文献标志码A文章编号10074414201306009303SOLUTIONSFORTHEELECTROMAGNETICNOISEPRODUCEDBYAVEHICLEALTERNATORWORKINGATHIGHSPEEDANDLOWSPEEDWANGCHAOJIAN，WANGGUODONG，SHILEIJAUTOMOBILETRANSPORTATIONENGINEERINGCOLLEGE，LIAONINGUNIVEMIOFTECHNOLOGY，FITHOULIAONING121001，CHINA；2ANHUIZHONGDINGNVHCO，LTD，NINGGUOANHUI242300，CHINA；3JINZHOUHALLAELECTRICALEQUIPMENTCO，LID，JINZHOULIAONING121013，CHINA；4LANZHOUOILANDGASBRANCHCOMPANY，PETROCHINASOUTHWESTPIPELINECOMPANY，LANZHOUGANSU730000，CHINAABSTRACTINTHISPAPER，THEELECTRONICNOISEPRODUCEDBYAVEHICLEAHERNATORRUNNINGATHIGHSPEEDANDLOWSPEEDISANALYZEDALLTHEKEYFACTORSTHATAFFECTSTHEELECTRONICNOISEARECONSIDERED，SOMESOLUTIONSTOREDUCETHEELECTRONICNOISEOFTHEVEHICLEALTERNATORWORKINGATHIGHSPEEDANDLOWSPEEDAREANALYZEDTHEDESIREDEFFECTISACHIEVEDFINALLY，ABASISFORTHEDESIGNOFTHEVEHICLEALTERNATORFROMTHESOURCEOFNOISEREDUCTIONPROGRAMISPROVIDEDKEYWORDSVEHICLEAHERNATOR；ELECTRONICNOISE；SOLUTIONS1高低转速电磁噪声分析车辆正常行驶时，发动机辐射的噪声几乎覆盖了汽车发电机的噪声，但在汽车刚启动，发电机处于低转速区间运行时，驾乘人员会听见发电机发出的一种特别刺耳的声音，严重影响乘坐舒适性J，并且高转速下明显的电磁异响也给驾乘人员带来严重的不适感。汽车发电机噪声是客观存在的问题。噪声的来源也基本上是普遍认同的，目前纷纷将注意力放在电磁噪声方面。笔者正是基于降低192F发电机以下简称“192F”高低转速下的电磁噪声进行研究。图1中在10004000RMIN转速区间内噪声值出现多处峰值，主要由于发电机定、转子气隙磁通彼此作用，产生随时间和空间变化的径向力波，引起定子铁芯和机座振动，进而辐射出较强的电磁噪声。在10000RMIN转速附近，噪声值突然增大，是发生了电磁异响的缘故。与要求降低发电机低转速区间的噪声及高转速下的电磁异响情况相符。根据噪声的产生机理和传播途径，噪声控制可从声源、传播路径和接受体三方面考虑。工程上基本是从以下两个方面着手从噪声源上控制噪声是最理想的，但很多情况下是很难实现的；从声传播路径上控制噪声，包括使用吸声材料有效地吸收声波通过时的声能，最大限度地耗散内部能量；以及通过在声传播路径上改变声阻抗使声波发生反射，以达到控制噪声的目的。图1发电机负载工况整体噪声声压级一转速曲线对低转速区问电磁噪声从噪声传递路径进行降噪，并针对高转速时的电磁异响，从引起发电机噪声的源部件进行降噪，降噪方法参考锦州汉拿电机有限公司常用的方法，并综合考虑影响噪声的因素。收稿日期201310一L6基金项目锦州汉拿电机有限公司“192F汽车发电机振动及噪声研究”项目编号2012050作者简介王朝建1985一，男，安徽濉溪人，在读硕士，主要从事车辆检测与诊断及车辆NVH研究方面的工作。93舳MOOACO应用与试验2013年第6期第26卷，总第128期机械研究与应用2高转速电磁异响的解决方案通过对采集到的声压级一转速曲线及发电机内部结构进行分析，结果表明高转速电磁异响是由36阶次电磁激振力引起定子结构共振的缘故，笔者针对高转速下的电磁异响问题，从定子结构人手进行降噪方案研究。对高转速时产生的电磁异响进行降噪方案设计改进时，参考锦州汉拿电机有限公司常用的降噪方法，进而提出集中降噪方案并进行试验验证，从而确定最佳方案。根据试验过程使用的定子的样件不同，提出4种方案，并对4种情况进行噪声测试，分别记作方案14。4种状况下的测试均是在按照汽车主机厂要求在发电机热态、负载工况下进行的。1方案1把由另外一种材料加工制造的定子结构装入192F中，然后对192F进行噪声测试，图2为测试得到的声压级一转速曲线。00O0。SPE。EDR，M印IO000化00。H。00RNJ图2定子样件1负载工况声压级一转速曲线图2和图1相比，该发电机负载工况整体噪声声压级峰值在高转速时低4DBA左右，虽数值明显降低，但降噪效果不明显。因此，该方案可行性太低，工程上不予采取此方案。2方案2把另一种型号发电机的定子结构装在192F中，然后对其进行测试，图3为测试得到的声压级转速曲线。图3和图1相比，在10000RMIN转速附近，192F的声压级峰值有所减小，表明该降噪方案具有一定效果，但是汽车主机厂要求比较严格时，该方案并不可取。L101009080706050口403020100图3定子样件2负载工况声压级一转速曲线943方案3把方案2中的定子结构进行进一步加工处理，然后装在192F中进行测试得到的声压级转速曲线，如图4所示。1OO0O9OOO氅800070006000N0O40603N00820001O0O图4定子样件3负载工况声压级一转速曲线图4与图3相比，在10000RMIN转速附近，声压级峰值基本没变化。方案2、3的降噪方法较简单且成本低，都取得了一定的效果。所以，在汽车主机厂要求不是很严格的情况下可以选择采用。4方案4综合考虑了影响电磁噪声的关键因素，通过增加阻尼、加筋及在加工工艺上严格控制形位公差等的结果。图5为对定子样件5进行测试得到的声压级一转速曲线。从图5中可看出，在10000RRAIN转速附近，192F的声压级峰值已经消失，表明该方案取得了良好的降噪效果。LL0110蚺80号706O毫50T0S。埘820L00图5定子样件5负载工况声压级转速曲线192F在10000RRAIN附近发生的电磁异响是由定子结构在36阶次电磁激振力的作用下产生结构共振，进而辐射出的较大的电磁噪声；通过改变定子结构或者将其他材料制成的定子装在192F上，对降低10000RMIN转速附近的电磁异响效果不明显；采用给出的降噪建议可以解决10000RRAIN转速附近的电磁异响问题，从而改善车辆的乘坐舒适性。3低转速电磁噪声的解决方案针对低转速电磁噪声源问题已经进行了研究，低速电磁噪声的尖点都是36阶次导致的，所以改善此类型的电磁噪声主要是降低36阶次的噪声J。通常气隙不均匀会导致电磁力的不一致。汽车用交流发电机转子总成刚度较大，所以引起电磁振动的部件主要是定子部件。为降低36阶次的电磁噪M锄加加M0C0O机械研究与应用2013年第6期第26卷，总第128期应用与试验声，需从引起噪声的径向电磁力波的幅值着手，因此必须保证定子一转子间的气隙的均匀性。除了保证气隙更加均匀外，还可通过控制加工精度及形位公差，以求从工艺方面减少噪声。承传递给发电机部件的36阶次交变电磁激振力。2通过加筋等方式提高部件的刚度，改善结构的共振模态特性，从而减小部件辐射的噪声。3通过增加阻尼，提高发电机结构阻尼能力，最大限度地耗散内部能量，减少其他形式的能量向声能转换，从而降低发电机的结构振动辐射的噪声。4为保证转子爪极倒角的均匀度，设计合理的转子爪极倒角方式极为重要。因为均匀的转子爪极倒角，能降低转子旋转通过定子铁芯齿角时的径向力波变化速度和变化幅度，从而降低发电机定一转子结构振动引起的电磁噪声。5定子、转子、前端盖、后端盖的同轴度，圆度等形位公差较为重要，特别是定子的形位公差。提高端盖的刚度、提高定子的圆度、前端盖与铁芯配合过盈量增加，都有利于减小偏心，对4000RRAIN转速以下结构引起的共振而辐射的噪声有较好的降噪效果。针对10004000RMIN转速区间内发电机突出的电磁噪声问题，给出如下降噪建议1通过使用弹性元件减小发电机转子通过轴4结语通过对高低转速下的电磁噪声问题进行分析，并结合试验分析，对引起发电机电磁噪声的源结构进行探讨。在10004000RMIN转速区间内，36阶次电磁激振力引起发电机内部各零件产生结构共振，辐射出噪声，是192F发电机噪声主要成分。在锦州汉拿电机有限公司大量的降噪经验基础上，对某型发电机高低转速下电磁噪声显著的问题，给出解决方案，并达到良好的降噪效果，对以后发电机的噪声控制具有一定的借鉴意义。参考文献1刘敏，董大伟，闫兵车用交流发电机噪声特性及噪声源测试分析J2010，24614172陈昕，王朝建，梁韫，等汽车交流发电机噪声测试分析J2013，3331921953胡文明基于阶次分析的车用交流发电机噪声分析与应用D广州广东工、I大学，2013。III。LL_J。”L|_。L。H一HIN,OL0III。HPN,NPLIIH。I”。_L。I“I”H|_”II。T一“ELLRIP,DL。_L。IILIIIIINLIIIINLIIILTN上接第9O页图12模块温度云图从图12中可以看出，模块中器件最高壳温为96度左右，根据器件资料可以知道满足工作要求。5结论采用ANSYS和FLOTHERM对星载设备进行动力学仿真和热仿真计算，能够有效地验证设计的合理性，能在设计源头将可能遇到的一系列问题考虑充分，并体现在具体的结构设计中，可有效降低后期的归零成本，保证研制工作U,N进行。参考文献1邱成悌，赵悖殳，蒋全兴电子设备结构设计原理M南京东南大学出版社，20052杨宇军ANSYS动力学仿真技术在空间计算机结构中的应用J电子机械工程，2003557593赵悖殳电子设备热设计M北京电子工业出版