汽車發(fā)電機高低轉(zhuǎn)速電磁噪聲的解決方案*

王朝建， 王國東，石 磊

(1.遼寧工業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001； 2.安徽中鼎減振橡膠技術(shù)有限公司，安徽 寧國 242300； 3.錦州漢拿電機有限公司，遼寧 錦州 121013； 4.中石油西南管道公司蘭州輸油氣分公司，甘肅 蘭州 730000)

1 高低轉(zhuǎn)速電磁噪聲分析

車輛正常行駛時，發(fā)動機輻射的噪聲幾乎覆蓋了汽車發(fā)電機的噪聲，但在汽車剛啟動，發(fā)電機處于低轉(zhuǎn)速區(qū)間運行時，駕乘人員會聽見發(fā)電機發(fā)出的一種特別刺耳的聲音，嚴重影響乘坐舒適性[1]，并且高轉(zhuǎn)速下明顯的電磁異響也給駕乘人員帶來嚴重的不適感。汽車發(fā)電機噪聲是客觀存在的問題。噪聲的來源也基本上是普遍認同的，目前紛紛將注意力放在電磁噪聲方面。筆者正是基于降低192F發(fā)電機(以下簡稱“192F”)高低轉(zhuǎn)速下的電磁噪聲進行研究。

圖1中在1 000～4 000 r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)噪聲值出現(xiàn)多處峰值，主要由于發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子氣隙磁通彼此作用，產(chǎn)生隨時間和空間變化的徑向力波，引起定子鐵芯和機座振動，進而輻射出較強的電磁噪聲。在10 000 r/min轉(zhuǎn)速附近，噪聲值突然增大，是發(fā)生了電磁異響的緣故。與要求降低發(fā)電機低轉(zhuǎn)速區(qū)間的噪聲及高轉(zhuǎn)速下的電磁異響情況相符。

根據(jù)噪聲的產(chǎn)生機理和傳播途徑，噪聲控制可從聲源、傳播路徑和接受體三方面考慮。工程上基本是從以下兩個方面著手：①從噪聲源上控制噪聲是最理想的，但很多情況下是很難實現(xiàn)的；②從聲傳播路徑上控制噪聲，包括使用吸聲材料有效地吸收聲波通過時的聲能，最大限度地耗散內(nèi)部能量；以及通過在聲傳播路徑上改變聲阻抗使聲波發(fā)生反射，以達到控制噪聲的目的。

圖1 發(fā)電機負載工況整體噪聲 聲壓級-轉(zhuǎn)速曲線

對低轉(zhuǎn)速區(qū)間電磁噪聲從噪聲傳遞路徑進行降噪，并針對高轉(zhuǎn)速時的電磁異響，從引起發(fā)電機噪聲的源部件進行降噪，降噪方法參考錦州漢拿電機有限公司常用的方法，并綜合考慮影響噪聲的因素。

2 高轉(zhuǎn)速電磁異響的解決方案

通過對采集到的聲壓級-轉(zhuǎn)速曲線及發(fā)電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行分析，結(jié)果表明：高轉(zhuǎn)速電磁異響是由36階次電磁激振力引起定子結(jié)構(gòu)共振的緣故，筆者針對高轉(zhuǎn)速下的電磁異響問題，從定子結(jié)構(gòu)入手進行降噪方案研究。

對高轉(zhuǎn)速時產(chǎn)生的電磁異響進行降噪方案設(shè)計改進時，參考錦州漢拿電機有限公司常用的降噪方法，進而提出集中降噪方案并進行試驗驗證，從而確定最佳方案。根據(jù)試驗過程使用的定子的樣件不同，提出4種方案，并對4種情況進行噪聲測試，分別記作方案1～4。4種狀況下的測試均是在按照汽車主機廠要求在發(fā)電機熱態(tài)、負載工況下進行的。

(1) 方案1 把由另外一種材料加工制造的定子結(jié)構(gòu)裝入192F中，然后對192F進行噪聲測試，圖2為測試得到的聲壓級-轉(zhuǎn)速曲線。

圖2 定子樣件1負載工況聲壓級-轉(zhuǎn)速曲線

圖2和圖1相比，該發(fā)電機負載工況整體噪聲聲壓級峰值在高轉(zhuǎn)速時低4 dB(A)左右，雖數(shù)值明顯降低，但降噪效果不明顯。因此，該方案可行性太低，工程上不予采取此方案。

(2) 方案2 把另一種型號發(fā)電機的定子結(jié)構(gòu)裝在192F中，然后對其進行測試，圖3為測試得到的聲壓級轉(zhuǎn)速曲線。圖3和圖1相比，在10 000 r/min轉(zhuǎn)速附近，192F的聲壓級峰值有所減小，表明該降噪方案具有一定效果，但是汽車主機廠要求比較嚴格時，該方案并不可取。

圖3 定子樣件2負載工況聲壓級-轉(zhuǎn)速曲線

(3) 方案3 把方案2中的定子結(jié)構(gòu)進行進一步加工處理，然后裝在192F中進行測試得到的聲壓級轉(zhuǎn)速曲線，如圖4所示。

圖4 定子樣件3負載工況聲壓級-轉(zhuǎn)速曲線

圖4與圖3相比，在10 000 r/min轉(zhuǎn)速附近，聲壓級峰值基本沒變化。方案2、3的降噪方法較簡單且成本低，都取得了一定的效果。所以，在汽車主機廠要求不是很嚴格的情況下可以選擇采用。

(4) 方案4 綜合考慮了影響電磁噪聲的關(guān)鍵因素，通過增加阻尼、加筋及在加工工藝上嚴格控制形位公差等的結(jié)果。圖5為對定子樣件5進行測試得到的聲壓級-轉(zhuǎn)速曲線。從圖5中可看出，在10 000 r/min轉(zhuǎn)速附近，192F的聲壓級峰值已經(jīng)消失，表明該方案取得了良好的降噪效果。

圖5 定子樣件5負載工況聲壓級-轉(zhuǎn)速曲線

192F在10 000 r/min附近發(fā)生的電磁異響是由定子結(jié)構(gòu)在36階次電磁激振力的作用下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)共振，進而輻射出的較大的電磁噪聲；通過改變定子結(jié)構(gòu)或者將其他材料制成的定子裝在192F上，對降低10 000 r/min轉(zhuǎn)速附近的電磁異響效果不明顯；采用給出的降噪建議可以解決10 000 r/min轉(zhuǎn)速附近的電磁異響問題，從而改善車輛的乘坐舒適性。

3 低轉(zhuǎn)速電磁噪聲的解決方案

針對低轉(zhuǎn)速電磁噪聲源問題已經(jīng)進行了研究，低速電磁噪聲的尖點都是36階次導(dǎo)致的，所以改善此類型的電磁噪聲主要是降低36階次的噪聲[2]。

通常氣隙不均勻會導(dǎo)致電磁力的不一致。汽車用交流發(fā)電機轉(zhuǎn)子總成剛度較大，所以引起電磁振動的部件主要是定子部件。為降低36階次的電磁噪聲，需從引起噪聲的徑向電磁力波的幅值著手，因此必須保證定子-轉(zhuǎn)子間的氣隙的均勻性。除了保證氣隙更加均勻外，還可通過控制加工精度及形位公差，以求從工藝方面減少噪聲。

針對1 000～4 000 r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)發(fā)電機突出的電磁噪聲問題，給出如下降噪建議[3]：

(1) 通過使用彈性元件減小發(fā)電機轉(zhuǎn)子通過軸

承傳遞給發(fā)電機部件的36階次交變電磁激振力。

(2) 通過加筋等方式提高部件的剛度，改善結(jié)構(gòu)的共振模態(tài)特性，從而減小部件輻射的噪聲。

(3) 通過增加阻尼，提高發(fā)電機結(jié)構(gòu)阻尼能力，最大限度地耗散內(nèi)部能量，減少其他形式的能量向聲能轉(zhuǎn)換，從而降低發(fā)電機的結(jié)構(gòu)振動輻射的噪聲。

(4) 為保證轉(zhuǎn)子爪極倒角的均勻度，設(shè)計合理的轉(zhuǎn)子爪極倒角方式極為重要。因為均勻的轉(zhuǎn)子爪極倒角，能降低轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)通過定子鐵芯齒角時的徑向力波變化速度和變化幅度，從而降低發(fā)電機定-轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)振動引起的電磁噪聲。

(5) 定子、轉(zhuǎn)子、前端蓋、后端蓋的同軸度，圓度等形位公差較為重要，特別是定子的形位公差。提高端蓋的剛度、提高定子的圓度、前端蓋與鐵芯配合過盈量增加，都有利于減小偏心，對4 000 r/min轉(zhuǎn)速以下結(jié)構(gòu)引起的共振而輻射的噪聲有較好的降噪效果。

4 結(jié) 語

通過對高低轉(zhuǎn)速下的電磁噪聲問題進行分析，并結(jié)合試驗分析，對引起發(fā)電機電磁噪聲的源結(jié)構(gòu)進行探討。在1 000～4 000 r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)，36階次電磁激振力引起發(fā)電機內(nèi)部各零件產(chǎn)生結(jié)構(gòu)共振，輻射出噪聲，是192F發(fā)電機噪聲主要成分。在錦州漢拿電機有限公司大量的降噪經(jīng)驗基礎(chǔ)上，對某型發(fā)電機高低轉(zhuǎn)速下電磁噪聲顯著的問題，給出解決方案，并達到良好的降噪效果，對以后發(fā)電機的噪聲控制具有一定的借鑒意義。

參考文獻：

[1] 劉 敏, 董大偉, 閆 兵. 車用交流發(fā)電機噪聲特性及噪聲源測試分析[J]. 2010, 24(6): 14-17.

[2] 陳 昕, 王朝建, 梁 韞,等. 汽車交流發(fā)電機噪聲測試分析[J]. 2013, 33(3): 192-195.

[3] 胡文明. 基于階次分析的車用交流發(fā)電機噪聲分析與應(yīng)用[D]. 廣州: 廣東工業(yè)大學(xué), 2013.