趙汝炫，董大偉，閆 兵，張勝杰，唐 琴

(1.西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，成都 610031；2.成都華川電裝有限責(zé)任公司，成都 610106）

車用交流發(fā)電機(jī)電磁振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)研究

趙汝炫1，董大偉1，閆 兵1，張勝杰2，唐 琴2

(1.西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，成都 610031；2.成都華川電裝有限責(zé)任公司，成都 610106）

為了從發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)之初就能精確預(yù)測(cè)其振動(dòng)和噪聲，進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要建立一個(gè)電磁振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)分析模型。以一臺(tái)36槽6極對(duì)的爪極發(fā)電機(jī)為研究對(duì)象，利用有限元法計(jì)算作用在定子鐵芯上的電磁力，再耦合到電機(jī)結(jié)構(gòu)模型中計(jì)算瞬態(tài)電磁振動(dòng)，最后將電機(jī)振動(dòng)響應(yīng)作為聲學(xué)邊界條件，利用時(shí)域邊界元法計(jì)算出電機(jī)的輻射噪聲。計(jì)算表明該發(fā)電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲頻率以36諧次為主，與實(shí)驗(yàn)測(cè)試的噪聲頻譜分布相同，兩者最大聲壓級(jí)相差2.9 dB，實(shí)現(xiàn)了較高精度的電磁振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)分析，對(duì)發(fā)電機(jī)NVH研究具有指導(dǎo)意義。

聲學(xué)；噪聲預(yù)測(cè)；有限元法；電磁力；電磁噪聲；時(shí)域邊界元法

汽車整車NVH一直是近年來研究的熱點(diǎn)，而隨著乘客對(duì)聲振舒適性要求的提高，汽車零部件的NVH也引起了各大汽車整車廠和零配件廠商的廣泛關(guān)注。其中發(fā)電機(jī)的噪聲是汽車零部件噪聲的一個(gè)重要組成部分。發(fā)電機(jī)噪聲可以分為機(jī)械噪聲、電磁噪聲和空氣動(dòng)力噪聲三個(gè)部分。研究表明，汽車發(fā)電機(jī)處于中低轉(zhuǎn)速時(shí)電磁噪聲顯得尤為強(qiáng)烈，而面對(duì)城市復(fù)雜的交通狀況，怠速、停車正是屬于中低轉(zhuǎn)速范圍，因此研究發(fā)電機(jī)的電磁噪聲尤為關(guān)鍵。

電磁振動(dòng)噪聲是由于變換的氣隙空間磁場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)空間旋轉(zhuǎn)力波，該力波使得定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)變形，振動(dòng)傳遞到電機(jī)端蓋上，從而輻射出噪聲。影響電磁振動(dòng)噪聲的因素很多，其中主要包括定轉(zhuǎn)子槽極配合、電機(jī)裝配公差及電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸。精確預(yù)測(cè)和有效地減小發(fā)電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲成為發(fā)電機(jī)在開發(fā)和優(yōu)化設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)和熱點(diǎn)。

發(fā)電機(jī)的電磁振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)涉及多個(gè)物理場(chǎng)之間的計(jì)算和數(shù)據(jù)傳遞，包括電磁場(chǎng)中激勵(lì)源電磁力的計(jì)算、結(jié)構(gòu)場(chǎng)中模態(tài)分析和振動(dòng)的計(jì)算、聲場(chǎng)中由振動(dòng)引起的輻射噪聲的計(jì)算。這種多物理場(chǎng)的計(jì)算在很多文獻(xiàn)中已有研究。文獻(xiàn)[1]中研究了永磁有刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁振動(dòng)，建立了計(jì)算電機(jī)電磁力、振動(dòng)和輻射噪聲的數(shù)值模型，并分析了電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)與電磁振動(dòng)與噪聲的關(guān)系。該研究只考慮了二維空間的電磁力計(jì)算，但實(shí)際電機(jī)中由于結(jié)構(gòu)的因素，其沿軸向分布的電磁力是不一致的，應(yīng)當(dāng)擴(kuò)展到三維空間中進(jìn)行電磁力的計(jì)算。文獻(xiàn)[2]建立了永磁同步電機(jī)的電磁和結(jié)構(gòu)弱耦合的有限元模型，通過Ansys參數(shù)化建模，完成電機(jī)電磁力的求解，最后耦合到結(jié)構(gòu)有限元模型中，求得電機(jī)定子上任意一點(diǎn)的振動(dòng)情況。該研究沒有涉及輻射噪聲的計(jì)算。文獻(xiàn)[3]指出當(dāng)徑向電磁力的空間模數(shù)為0時(shí)，由其產(chǎn)生的振動(dòng)最大。文獻(xiàn)[4]研究了圓柱狀電機(jī)模型的電磁振動(dòng)噪聲特性，指出徑向電磁力的模數(shù)與引起的振動(dòng)模態(tài)數(shù)是一致的，模數(shù)為多少，引起的振動(dòng)模態(tài)數(shù)也為多少。文獻(xiàn)[5]建立了電磁振動(dòng)噪聲的多物理場(chǎng)有限元模型，預(yù)測(cè)了電磁振動(dòng)噪聲的特性，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，具有較好的一致性。目前大量研究還局限于二維電磁力的分析計(jì)算及其引起的振動(dòng)，三維電磁力的計(jì)算和輻射噪聲相對(duì)研究較少，因而不易實(shí)現(xiàn)電磁振動(dòng)噪聲精確預(yù)測(cè)。本文以某型號(hào)爪極交流發(fā)電機(jī)為研究對(duì)象，詳細(xì)地介紹了電機(jī)電磁振動(dòng)和噪聲預(yù)測(cè)的數(shù)值仿真過程，分析了產(chǎn)生電磁振動(dòng)噪聲諧次的原因，實(shí)現(xiàn)了較高精度的電磁振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)分析。

1 電磁力計(jì)算

1.1 理論基礎(chǔ)

發(fā)電機(jī)電磁力按其影響可分為切向電磁力（電磁轉(zhuǎn)矩）和徑向電磁力。電磁轉(zhuǎn)矩是電機(jī)齒槽效應(yīng)所引起的磁阻力矩，該力矩會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)輸入軸產(chǎn)生一個(gè)阻力，同時(shí)作用在定子齒上使其產(chǎn)生形變。單相電機(jī)或者電機(jī)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比較大的切向振動(dòng)，容易引起電機(jī)相連部件的共振，產(chǎn)生輻射噪聲。徑向電磁力是由于電機(jī)的主磁通大致是沿徑向進(jìn)入氣隙，因而在定子和轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生徑向力，從而引起電磁振動(dòng)和噪聲。大量文獻(xiàn)表明徑向電磁力是產(chǎn)生電磁振動(dòng)的主要原因，但也不能忽視切向電磁力的影響，因此本文在后續(xù)計(jì)算中將同時(shí)考慮這兩個(gè)方向電磁力的影響。

發(fā)電機(jī)電磁力的計(jì)算通常有解析法、等效磁網(wǎng)絡(luò)法和有限元法。解析法適合二維電磁力分析，其物理意義明確，但得到的表達(dá)式較為繁瑣。等效磁網(wǎng)絡(luò)法通過磁通管原理，把發(fā)電機(jī)內(nèi)部磁通密度相對(duì)均勻的部分看作一個(gè)單元，最后再把各個(gè)節(jié)點(diǎn)用等效磁導(dǎo)連接起來構(gòu)成一個(gè)磁導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)圖，再根據(jù)電路的基本解法求得各個(gè)節(jié)點(diǎn)的磁位，進(jìn)一步求得電機(jī)的參數(shù)和性能[6]，但不易模擬飽和問題，同時(shí)還存在機(jī)械應(yīng)力和結(jié)構(gòu)上的問題。有限元法應(yīng)用廣泛，能較好地模擬三維發(fā)電機(jī)內(nèi)部電磁場(chǎng)。本文采用有限元法來計(jì)算發(fā)電機(jī)的電磁力。

對(duì)于發(fā)電機(jī)的低頻瞬態(tài)磁場(chǎng)，麥克斯韋方程組可以寫為

式（1）中H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，σ為電導(dǎo)率，E為電場(chǎng)強(qiáng)度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度。

由式（1）可以得到

由式（2）可以求出磁場(chǎng)分布。再根據(jù)虛功原理，物體在n方向受到的力F為[7]

式中W——系統(tǒng)存儲(chǔ)的總能量

式

（4）中V為分析場(chǎng)域的體積。

對(duì)于三維有限元，其單元為四面體，則物體在磁場(chǎng)中所受到的總力F可表示為

其中Ve為四面體單元的體積，單元的μe為相應(yīng)材料的磁導(dǎo)率，Be為單元的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

1.2 仿真計(jì)算

采用Ansys Maxwell進(jìn)行電磁力的分析計(jì)算。在Maxwell中建立發(fā)電機(jī)幾何模型時(shí)，為了減少仿真時(shí)間，考慮到發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)和繞組的周期性，建立了1/6電機(jī)模型。其中爪極是將勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的軸向磁通轉(zhuǎn)化為徑向磁通的環(huán)節(jié)，其模型的準(zhǔn)確性和材料的相對(duì)磁導(dǎo)率（B-H曲線）將影響有限元計(jì)算結(jié)果的可靠性和精確度，因此爪極模型先用三維建模軟件Catia生成后，再導(dǎo)入到Maxwell中。在電磁場(chǎng)計(jì)算中，定子鐵芯齒尖部分位于與空氣交界的邊界處，其網(wǎng)格大小對(duì)電磁力的幅值有較大影響，需進(jìn)行網(wǎng)格加密處理以提高計(jì)算精度，具體的網(wǎng)格劃分如圖1所示。

表1 電機(jī)模型部分參數(shù)

圖1 1/6電機(jī)網(wǎng)格模型

模擬發(fā)電機(jī)在滿負(fù)載的的情況下，當(dāng)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min工況時(shí)的電磁力計(jì)算，因此需要在三相繞組上引入外電路來模擬外負(fù)載，該方法稱為場(chǎng)路耦合法。場(chǎng)路耦合法在模擬滿負(fù)載工況的同時(shí)，能通過觀測(cè)發(fā)電機(jī)的輸出特性（輸出電壓和輸出電流），并與額定輸出特性相比較，來驗(yàn)證仿真模型的可靠性，外電路如圖2所示。

圖2 外電路圖

仿真步長為0.1 ms，仿真總時(shí)長為20 ms（一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期），仿真計(jì)算得到的發(fā)電機(jī)輸出電壓和電流曲線如圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可知，仿真計(jì)算的輸出電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)在13.5 V附近波動(dòng)，輸出電流在122 A附近波動(dòng)；而查閱該型號(hào)電機(jī)在3 000 r/min的額定輸出電壓為13.5 V，電流為120 A。證明了電磁仿真模型的可靠性。

圖3 輸出電壓曲線

圖4 輸出電流曲線

提取某定子齒上的三個(gè)方向電磁力的瞬態(tài)結(jié)果，進(jìn)行傅里葉變換，得到各向電磁力頻譜如圖5所示。

圖5 某定子齒上的各向電磁力頻譜

由圖5可知，徑向電磁力占電磁力的主導(dǎo)地位，遠(yuǎn)大于切向、軸向電磁力。徑向和切向電磁力在6、12、24、36諧次均有較大峰值，而軸向電磁力只在6諧次有較大峰值。為了更加貼近電機(jī)實(shí)際工作狀態(tài)，在后續(xù)計(jì)算中，將三向電磁力均勻施加到電機(jī)的定子鐵芯上。

2 電機(jī)結(jié)構(gòu)模態(tài)和電磁振動(dòng)計(jì)算

電機(jī)的振動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)線性時(shí)變系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)方程為[8]

式中M為系統(tǒng)整體的質(zhì)量矩陣，C為系統(tǒng)整體的阻尼矩陣，K為系統(tǒng)整體的剛度矩陣，F(xiàn)(t)為節(jié)點(diǎn)力矢量，u(t)為系統(tǒng)位移。

模態(tài)分析能找出發(fā)電機(jī)的固有頻率，當(dāng)激勵(lì)力頻率和固有頻率相近時(shí)，會(huì)發(fā)生共振，因此模態(tài)分析相當(dāng)關(guān)鍵。在Ansys Workbench中進(jìn)行模態(tài)分析，通過設(shè)置電機(jī)各部件的材料參數(shù)、部件之間的接觸狀態(tài)及邊界條件，網(wǎng)格大小劃分為4 mm，計(jì)算發(fā)電機(jī)的模態(tài)。表2為仿真計(jì)算的前5階模態(tài)頻率與該型號(hào)發(fā)電機(jī)的約束模態(tài)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比結(jié)果。

表2 仿真與實(shí)驗(yàn)徑向模態(tài)結(jié)果對(duì)比

仿真與實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)頻率的誤差在5%以內(nèi)，這與文獻(xiàn)[9]中的結(jié)果相比，具有較好的一致性，也驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。

由于發(fā)電機(jī)電磁場(chǎng)模型與結(jié)構(gòu)有限元模型的網(wǎng)格劃分不一致，因此求解出的節(jié)點(diǎn)力在載荷傳遞過程中較為復(fù)雜。本文考慮將三維電磁場(chǎng)仿真得到的三向電磁力通過均布的面力加載到電機(jī)定子鐵芯上，實(shí)現(xiàn)載荷從面到面之間的傳遞，如圖6所示。

圖6 電磁力加載示意圖

經(jīng)過結(jié)構(gòu)瞬態(tài)有限元計(jì)算，得到發(fā)電機(jī)的振動(dòng)響應(yīng)。圖7為10 ms時(shí)發(fā)電機(jī)的振動(dòng)速度響應(yīng)云圖，圖8為前端蓋上部某一位置節(jié)點(diǎn)的振動(dòng)速度頻譜曲線。

圖7 10 ms時(shí)電磁振動(dòng)速度云圖

由圖7可以看出，定子齒的部分振動(dòng)能量傳遞到了發(fā)電機(jī)外端蓋上，且外端蓋徑向上的振動(dòng)速度幅值相比與外端蓋端面部位較大，從側(cè)面驗(yàn)證了徑向電磁力是造成振動(dòng)的主要原因。

圖8 電磁振動(dòng)速度頻譜

由圖8可知，振動(dòng)主要在36、72諧次有較大峰值，其中36諧次的振動(dòng)最大，其原因是36諧次的電磁力的空間模數(shù)為0。空間模數(shù)表示徑向力在定子一周空間上分布有幾個(gè)周期的正弦波。36諧次電磁力的模數(shù)理論上為36，36個(gè)旋轉(zhuǎn)的正弦波作用在36個(gè)定子齒尖，無論在任何時(shí)刻，每個(gè)定子齒尖上受到的力都相等，相當(dāng)于受到36個(gè)常力作用，因此其空間模數(shù)為0。空間模數(shù)越小，力諧波引起的振動(dòng)越大，這與文獻(xiàn)[5]所指出的結(jié)論相一致。同時(shí)36諧次電磁力的頻率成分與電機(jī)整機(jī)的第3階徑向模態(tài)（1 763.5 Hz）十分接近，從而引起電磁共振，使得36諧次的振動(dòng)急劇增大。

對(duì)于72諧次的振動(dòng)，其電磁力的空間模數(shù)也為0，因而也會(huì)引起一定的振動(dòng)。但由于其諧次較大，徑向電磁力較小，則振動(dòng)比36諧次的振動(dòng)小。

3 電機(jī)輻射噪聲計(jì)算

3.1 基本理論

發(fā)電機(jī)的聲輻射問題可以通過求解一定邊界條件下的波動(dòng)方程來描述，分析方法有頻域分析和時(shí)域分析。本文采用時(shí)域邊界元方法來計(jì)算電機(jī)的瞬態(tài)聲場(chǎng)。

假定流體介質(zhì)是理想的聲學(xué)介質(zhì)，即流體是絕熱、均勻和完全彈性的，且聲場(chǎng)滿足線性小振幅條件，此時(shí)聲壓p滿足波動(dòng)方程[10]

在無窮遠(yuǎn)處，還應(yīng)該滿足Sommerfeld輻射條件

對(duì)于有密閉邊界面的外聲場(chǎng)問題，外場(chǎng)任意位置處的聲壓可表示為

式中Ωa為邊界面為邊界面處聲壓為格林函數(shù)，對(duì)于坐標(biāo)系原點(diǎn)選在|r?-r?a|=0，格林函數(shù)為邊界面外法線方向。

3.2 仿真計(jì)算

本文模擬計(jì)算半消聲實(shí)驗(yàn)室條件下，發(fā)電機(jī)聲場(chǎng)的輻射特性。瞬態(tài)邊界元法是將結(jié)構(gòu)有限元求解出的振動(dòng)結(jié)果通過插值的方法映射到聲學(xué)邊界元網(wǎng)格上作為邊界條件，進(jìn)行噪聲輻射計(jì)算。在結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)映射到聲學(xué)邊界元網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)上時(shí)，為保證數(shù)據(jù)在映射過程中的有效性，建立的邊界元模型需要與電機(jī)的表面模型盡可能相貼近。忽略發(fā)電機(jī)內(nèi)部的振動(dòng)的影響，以電機(jī)的端蓋外表面作為建立邊界元模型的基礎(chǔ)。

為了得到密閉的邊界面，在LMS Virtual.lab中將電機(jī)的有限元模型進(jìn)行提取面網(wǎng)格、填充特征孔洞、粗化表面網(wǎng)格等前處理。由于分析頻率到5 000 Hz已滿足本文的研究要求，而聲學(xué)網(wǎng)格的最大單元邊長要不大于計(jì)算頻率范圍最短波長的1/6，即聲學(xué)網(wǎng)格單元長度滿足L≤c/(6f)，計(jì)算出聲學(xué)網(wǎng)格單元最大可達(dá)到11 mm，本文取網(wǎng)格大小為8 mm，最終生成的密閉邊界元三角形面網(wǎng)格如圖9所示。

圖9 聲學(xué)邊界元網(wǎng)格

根據(jù)GB/T 3767-1996《聲學(xué)聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)反射面上方近似自由場(chǎng)的工程法》，建立直徑為1 m的1/4球面場(chǎng)點(diǎn)。將電機(jī)的結(jié)構(gòu)瞬態(tài)有限元計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入LMS Virtual.lab中，利用時(shí)域邊界元方法，計(jì)算電機(jī)的時(shí)域聲學(xué)響應(yīng)。圖10為10 ms時(shí)的聲壓級(jí)云圖，圖中標(biāo)注的5個(gè)測(cè)點(diǎn)為噪聲觀測(cè)點(diǎn)。

圖10 10 ms時(shí)刻聲壓級(jí)云圖

4 電機(jī)電磁噪聲實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證仿真得到的電磁噪聲的合理性，需進(jìn)行發(fā)電機(jī)噪聲實(shí)驗(yàn)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)麥克風(fēng)布置如圖11所示，測(cè)點(diǎn)位置與聲場(chǎng)仿真的五個(gè)測(cè)點(diǎn)位置一致，分布在直徑1 m的半球面上。

圖11 實(shí)驗(yàn)麥克風(fēng)布置

為減小發(fā)電機(jī)個(gè)體噪聲差異導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)誤差，選取5臺(tái)同型號(hào)正常的發(fā)電機(jī)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試電機(jī)在3 000 r/min滿負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下的噪聲。

圖12為5臺(tái)電機(jī)的五點(diǎn)平均實(shí)測(cè)噪聲聲壓級(jí)頻譜和聲場(chǎng)仿真噪聲的五點(diǎn)平均噪聲聲壓級(jí)頻譜對(duì)照曲線。

圖12 仿真與實(shí)驗(yàn)平均聲壓級(jí)頻譜對(duì)比

由圖12可知，實(shí)驗(yàn)與仿真的峰值頻率一致。在低頻段，仿真的36諧次噪聲峰值為70.1 dB，實(shí)驗(yàn)的36諧次噪聲峰值為73.0 dB；在中高頻段，仿真的72諧次與實(shí)驗(yàn)曲線也較為吻合，仿真的電磁噪聲為55.2 dB，實(shí)驗(yàn)值為60.1 dB；在其他諧次，仿真與實(shí)驗(yàn)噪聲的總體趨勢(shì)也大致相同，該精度說明本次仿真較好地模擬了該型號(hào)電機(jī)的電磁輻射噪聲。由于實(shí)驗(yàn)中存在部分機(jī)械噪聲和因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)引起的空氣動(dòng)力噪聲，因而仿真值略小于實(shí)驗(yàn)值。

對(duì)比圖5、圖8可以看出，從電磁力到電磁振動(dòng)，力和振動(dòng)的峰值頻率不一致。這是由于36諧次和72諧次的電磁力的空間模數(shù)小，引起較大的振動(dòng)，同時(shí)36諧次與發(fā)電機(jī)的第3階徑向模態(tài)頻率相近而發(fā)生共振，從而導(dǎo)致該諧次的振動(dòng)最大。而其他諧次的電磁力空間模數(shù)大，又與發(fā)電機(jī)的模態(tài)不匹配，因而振動(dòng)較小。對(duì)比圖8、圖12可以看出，振動(dòng)和噪聲聲壓級(jí)峰值頻率一致，這是由于振動(dòng)和噪聲聲壓級(jí)之間存在線性關(guān)系，而空氣對(duì)于噪聲傳播過程中的頻率影響可忽略不計(jì)。

5 結(jié)語

本文以某型車用交流發(fā)電機(jī)作為研究對(duì)象，用有限元法計(jì)算了電機(jī)電磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁力，并將其施加在電機(jī)整機(jī)模型上，計(jì)算了電機(jī)的瞬態(tài)振動(dòng)，最后利用時(shí)域邊界元法將得出的振動(dòng)作瞬態(tài)聲場(chǎng)分析，得出的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，兩者最大聲壓級(jí)相差2.9 dB，實(shí)現(xiàn)了較高精度的電磁振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)分析。

研究表明，36槽發(fā)電機(jī)的電磁振動(dòng)和噪聲均在36諧次達(dá)到峰值，其原因是36諧次徑向電磁力的空間模數(shù)為0，空間模數(shù)越小，力諧波引起的振動(dòng)越大，同時(shí)36諧次電磁力的頻率成分與發(fā)電機(jī)整機(jī)的第3階徑向模態(tài)十分接近，從而引起電磁共振，使得36諧次的振動(dòng)噪聲急劇增大。

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Research on Electromagnetic Vibration and Noise Prediction for VehicleAlternators

ZHAO Ru-xuan1,DONG Da-wei1,YAN Bing1,ZHANG Sheng-jie2,TANG Qin2
(1.College of Mechanical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China; 2.Chengdu Huachuan Electric Parts Co.Ltd.,Chengdu 610106,China)

In order to accurately predict electromagnetic vibration and noise at the beginning of alternator design for optimization,it is necessary to build a model for prediction of electromagnetic vibration and noise.In this paper,a 36s6p claw-pole alternator is researched.Finite element method is used to calculate the electromagnetic force acting on the stator. And the transient electromagnetic vibration is calculated by loading the electromagnetic force to the structural model. Finally,with the electromagnetic vibration results as the boundary condition,the boundary element method in the timedomain is used to calculate the electromagnetic radiation noise of the alternator.Results of calculations suggest that the 36-th order noise dominates the electromagnetic noise,which is well consistent with the experiment results.The error of the maximum SPL is only 2.9 dB.Thus,the results achieve high precision of noise prediction.This work gives the guidance to the NVH research of alternators.

acoustics;noise prediction;finite element method;electromagnetic force;electromagnetic noise;boundary element method in time-domain

TM301.4+3

：A

：10.3969/j.issn.1006-1355.2017.03.010

1006-1355(2017)03-0052-06

2016-12-06

趙汝炫（1991－），男，福建省福州市人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槠囋肼曊駝?dòng)控制及聲振舒適性。E-mail:617215169@qq.com

董大偉（1963－），男，成都市人，教授，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)槠囋肼曊駝?dòng)控制及聲振舒適性、內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)噪聲控制與故障診斷、車輛減振降噪及環(huán)境工程。E-mail:dwdong@swjtu.cn

通信作者：閆兵（1964－），男，成都市人，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)備與振動(dòng)噪聲控制、內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力學(xué)、機(jī)械設(shè)備故障診斷系統(tǒng)。