汽車發電機高低轉速電磁噪聲的解決方案*

王朝建， 王國東，石 磊

(1.遼寧工業大學 汽車與交通工程學院，遼寧 錦州 121001； 2.安徽中鼎減振橡膠技術有限公司，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 高低轉速電磁噪聲分析

車輛正常行駛時，發動機輻射的噪聲幾乎覆蓋了汽車發電機的噪聲，但在汽車剛啟動，發電機處于低轉速區間運行時，駕乘人員會聽見發電機發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發電機(以下簡稱“192F”)高低轉速下的電磁噪聲進行研究。

圖1中在1 000～4 000 r/min轉速區間內噪聲值出現多處峰值，主要由于發電機定、轉子氣隙磁通彼此作用，產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轉速附近，噪聲值突然增大，是發生了電磁異響的緣故。與要求降低發電機低轉速區間的噪聲及高轉速下的電磁異響情況相符。

根據噪聲的產生機理和傳播途徑，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，最大限度地耗散內部能量；以及通過在聲傳播路徑上改變聲阻抗使聲波發生反射，以達到控制噪聲的目的。

圖1 發電機負載工況整體噪聲 聲壓級-轉速曲線

對低轉速區間電磁噪聲從噪聲傳遞路徑進行降噪，并針對高轉速時的電磁異響，從引起發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 高轉速電磁異響的解決方案

通過對采集到的聲壓級-轉速曲線及發電機內部結構進行分析，結果表明：高轉速電磁異響是由36階次電磁激振力引起定子結構共振的緣故，筆者針對高轉速下的電磁異響問題，從定子結構入手進行降噪方案研究。

對高轉速時產生的電磁異響進行降噪方案設計改進時，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電機熱態、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構裝入192F中，然后對192F進行噪聲測試，圖2為測試得到的聲壓級-轉速曲線。

圖2 定子樣件1負載工況聲壓級-轉速曲線

圖2和圖1相比，該發電機負載工況整體噪聲聲壓級峰值在高轉速時低4 dB(A)左右，雖數值明顯降低，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 把另一種型號發電機的定子結構裝在192F中，然后對其進行測試，圖3為測試得到的聲壓級轉速曲線。圖3和圖1相比，在10 000 r/min轉速附近，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-轉速曲線

(3) 方案3 把方案2中的定子結構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速曲線，如圖4所示。

圖4 定子樣件3負載工況聲壓級-轉速曲線

圖4與圖3相比，在10 000 r/min轉速附近，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果。圖5為對定子樣件5進行測試得到的聲壓級-轉速曲線。從圖5中可看出，在10 000 r/min轉速附近，192F的聲壓級峰值已經消失，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-轉速曲線

192F在10 000 r/min附近發生的電磁異響是由定子結構在36階次電磁激振力的作用下產生結構共振，進而輻射出的較大的電磁噪聲；通過改變定子結構或者將其他材料制成的定子裝在192F上，對降低10 000 r/min轉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 低轉速電磁噪聲的解決方案

針對低轉速電磁噪聲源問題已經進行了研究，低速電磁噪聲的尖點都是36階次導致的，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致電磁力的不一致。汽車用交流發電機轉子總成剛度較大，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轉速區間內發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電機轉子通過軸

承傳遞給發電機部件的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，改善結構的共振模態特性，從而減小部件輻射的噪聲。

(3) 通過增加阻尼，提高發電機結構阻尼能力，最大限度地耗散內部能量，減少其他形式的能量向聲能轉換，從而降低發電機的結構振動輻射的噪聲。

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

(5) 定子、轉子、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轉速以下結構引起的共振而輻射的噪聲有較好的降噪效果。

4 結 語

通過對高低轉速下的電磁噪聲問題進行分析，并結合試驗分析，對引起發電機電磁噪聲的源結構進行探討。在1 000～4 000 r/min轉速區間內，36階次電磁激振力引起發電機內部各零件產生結構共振，輻射出噪聲，是192F發電機噪聲主要成分。在錦州漢拿電機有限公司大量的降噪經驗基礎上，對某型發電機高低轉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電機噪聲分析與應用[D]. 廣州: 廣東工業大學, 2013.