王朝建， 王國(guó)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(guó) 242300； 3.錦州漢拿電機(jī)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(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)輻射的噪聲幾乎覆蓋了汽車發(fā)電機(jī)的噪聲，但在汽車剛啟動(dòng)，發(fā)電機(jī)處于低轉(zhuǎn)速區(qū)間運(yùn)行時(shí)，駕乘人員會(huì)聽見發(fā)電機(jī)發(fā)出的一種特別刺耳的聲音，嚴(yán)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(yán)重的不適感。汽車發(fā)電機(jī)噪聲是客觀存在的問題。噪聲的來源也基本上是普遍認(rèn)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(jī)(以下簡(jiǎn)稱“192F”)高低轉(zhuǎn)速下的電磁噪聲進(jìn)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(jī)定、轉(zhuǎn)子氣隙磁通彼此作用，產(chǎn)生隨時(shí)間和空間變化的徑向力波，引起定子鐵芯和機(jī)座振動(dòng)，進(jìn)而輻射出較強(qiáng)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(jī)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(jī)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(gè)方面著手：①?gòu)脑肼曉瓷峡刂圃肼暿亲罾硐氲?，但很多情況下是很難實(shí)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(shí)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(dá)到控制噪聲的目的。

圖1 發(fā)電機(jī)負(fù)載工況整體噪聲 聲壓級(jí)-轉(zhuǎn)速曲線

對(duì)低轉(zhuǎn)速區(qū)間電磁噪聲從噪聲傳遞路徑進(jìn)行降噪，并針對(duì)高轉(zhuǎn)速時(shí)的電磁異響，從引起發(fā)電機(jī)噪聲的源部件進(jìn)行降噪，降噪方法參考錦州漢拿電機(jī)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(duì)采集到的聲壓級(jí)-轉(zhuǎn)速曲線及發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)高轉(zhuǎn)速下的電磁異響問題，從定子結(jié)構(gòu)入手進(jìn)行降噪方案研究。

對(duì)高轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生的電磁異響進(jìn)行降噪方案設(shè)計(jì)改進(jìn)時(shí)，參考錦州漢拿電機(jī)有限公司常用的降噪方法，進(jìn)而提出集中降噪方案并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，從而確定最佳方案。根據(jù)試驗(yàn)過程使用的定子的樣件不同，提出4種方案，并對(duì)4種情況進(jìn)行噪聲測(cè)試，分別記作方案1～4。4種狀況下的測(cè)試均是在按照汽車主機(jī)廠要求在發(fā)電機(jī)熱態(tài)、負(fù)載工況下進(jìn)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(duì)192F進(jìn)行噪聲測(cè)試，圖2為測(cè)試得到的聲壓級(jí)-轉(zhuǎn)速曲線。

圖2 定子樣件1負(fù)載工況聲壓級(jí)-轉(zhuǎn)速曲線

圖2和圖1相比，該發(fā)電機(jī)負(fù)載工況整體噪聲聲壓級(jí)峰值在高轉(zhuǎn)速時(shí)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(hào)發(fā)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)裝在192F中，然后對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，圖3為測(cè)試得到的聲壓級(jí)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(jí)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(jī)廠要求比較嚴(yán)格時(shí)，該方案并不可取。

圖3 定子樣件2負(fù)載工況聲壓級(jí)-轉(zhuǎn)速曲線

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

圖4 定子樣件3負(fù)載工況聲壓級(jí)-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(jí)峰值基本沒變化。方案2、3的降噪方法較簡(jiǎn)單且成本低，都取得了一定的效果。所以，在汽車主機(jī)廠要求不是很嚴(yán)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(yán)格控制形位公差等的結(jié)果。圖5為對(duì)定子樣件5進(jìn)行測(cè)試得到的聲壓級(jí)-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(jí)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(fù)載工況聲壓級(jí)-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(jìn)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(duì)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(duì)低轉(zhuǎn)速電磁噪聲源問題已經(jīng)進(jìn)行了研究，低速電磁噪聲的尖點(diǎn)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(huì)導(dǎo)致電磁力的不一致。汽車用交流發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子總成剛度較大，所以引起電磁振動(dòng)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(duì)1 000～4 000 r/min轉(zhuǎn)速區(qū)間內(nèi)發(fā)電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)子通過軸

承傳遞給發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)輻射的噪聲。

(4) 為保證轉(zhuǎn)子爪極倒角的均勻度，設(shè)計(jì)合理的轉(zhuǎn)子爪極倒角方式極為重要。因?yàn)榫鶆虻霓D(zhuǎn)子爪極倒角，能降低轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)通過定子鐵芯齒角時(shí)的徑向力波變化速度和變化幅度，從而降低發(fā)電機(jī)定-轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)振動(dòng)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(duì)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(yǔ)

通過對(duì)高低轉(zhuǎn)速下的電磁噪聲問題進(jìn)行分析，并結(jié)合試驗(yàn)分析，對(duì)引起發(fā)電機(jī)電磁噪聲的源結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jī)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(jī)噪聲主要成分。在錦州漢拿電機(jī)有限公司大量的降噪經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)某型發(fā)電機(jī)高低轉(zhuǎn)速下電磁噪聲顯著的問題，給出解決方案，并達(dá)到良好的降噪效果，對(duì)以后發(fā)電機(jī)的噪聲控制具有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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