车载发电机NVH性能研究.pdf
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1、42 2023年第05期设计与仿真DESIGN AND SIMULATION 发电机噪声机理基于发动机声品质能力提升、混合动力总成NVH 开发需求,建立发电机、电机等与电磁学强相关的关键零部件 NVH 开发能力,已成为当前动力总成 NVH 开发迫在眉睫的事情。以发电机为例,目前主流车载发电机为双内风扇三相同步交流发电机,主要由壳体、定子(硅钢、绕组)、转子(扇叶、爪极、磁场绕组转子轴、导电环)、整流器、电压调节器和电刷等组成。转子绕组通入直流电产生磁场,定子绕组切割转子磁场感应三相交流电动势,整流电路将三相交流电动势转变成直流脉动电压输入蓄电池。发电机在刚开始发电时,转子绕组由蓄电池供电产生磁
2、场,属于他励;待发电机旋转起来,输出电压高于蓄电池电压时,发电机向磁场绕组供电,励磁方式由他励变为自励,原理如图 1 所示。根据发电机机械能转换为电能的工作原理和散热需求,发电机的噪声按照其来源可分为三类:电磁噪声、空气动力噪声和机械噪声。其中电磁噪声和空气动力噪声是发电机的主要声源。电磁噪声与电磁力、发电机结构模态相关;空气动力噪声与发电机转速、空气流场相关,转速越高,气动噪声越大;机械噪声主要与发电机旋转件生产和装配工艺相关,一般在发电机轴承、电刷、转子等损坏时产生较大的机械振动和噪声。因此,在车载发电机正常发电工况,中低转速段(4000 r/min 以下)发电机噪声以电磁噪声为主,在高转
3、速段(4000 12000 r/min)以气动噪声为主,如图 2 所示。发电机气动噪声、电磁噪声与结构的相关关系见表 1。本文通过发电机单体噪声试验方法,对某款发电机噪声进行研究,对引起发电机电磁噪声、气动噪声的结构件进行整改分析,验证发电机结构对噪声的影响。该发电机额定电压 14 V、额定车载发电机 NVH 性能研究本文阐述了发电机噪声机理及发电机结构与噪声的影响关系,通过对不同加载工况的发电机噪声进行测试,验证了不同负载工况发电机电磁噪声的变化及影响因子;通过对扇叶、定子等结构件进行拆解和改制,验证了结构件对气动噪声的影响和改进方向,为发电机噪声的正向开发打下了坚实的基础。安徽江淮汽车集团
4、股份有限公司 王国刚 刘龙军表1 发电机噪声机理表发电机噪声机理发电机噪声分类气动噪声流场声场风扇叶片数、叶片角度、叶片布置栅格栅格倾角爪极端部倒角电磁噪声电磁力气隙磁密气隙间距爪极侧向倒角齿槽配合个数发电机结构发电机模态整机模态爪极模态定子模态结构阻尼定子与壳体连接图 1 车载发电机发电原理图电压调节器电池定子绕组转子三相整流器整流器38-48 设计与仿真.indd 422023/9/12 15:08:09432023年第05期电流 110 A、爪极 6 对、前风扇8 片、后风扇 10 片、爪极 36 槽。电磁噪声研究发电机在工作状态下,定转子之间气隙磁场产生的径向电磁力作用于发电机结构引起
5、结构振动而辐射的噪声称为电磁噪声,当电磁力的频率成分与发电机固有频率接近时,导致结构共振,电磁辐射噪声加剧。在发电机单体噪声台架上,通过对发电机转子线圈的电流控制、输出负载的负荷控制,使发电机分别处于空载状态(不接任何电路)、励磁状态(转子绕组通电)、半载状态(输出电路连接负载,输出一定功率)、全载状态(输出电路连接负载,输出全部功率),测试不同状态下发电机噪声,验证不同负载、不同电磁场状态下,发电机噪声性能的变化。经测试,噪声曲线和频谱分别如图 3、图 4 所示。由试验结果可知,发电机电磁噪声与转子励磁状态及负载状态强相关。完全空载状态,即发电机转子线圈不通电,转子不励磁,不产生磁场时,发电
6、机不会产生电磁噪声,此时发电机噪声以气动噪声为主;当转子绕组励磁但不对外发电时,由于转子形成磁场,定子与转子之间产生电磁力,发电机产生轻微电磁噪声;当发电机对外发电时,定子产生反向电动势,感应出定子磁场,会对转子磁场产生破坏,此时定子与转子之间电磁力波形更加趋于非正弦波,电磁力谐波增大,电磁噪声增强,对外输出功率越大,图 2 车载发电机噪声特性图 3 不同工况下发电机噪声曲线对比n/(r/min)电磁噪声气动噪声+电磁噪声38-48 设计与仿真.indd 432023/9/12 15:08:1044 2023年第05期设计与仿真DESIGN AND SIMULATION 电磁噪声越大,且电磁力
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