汽车发电机噪声测试分析

张 聪

（华晨汽车工程研究院 路试处，辽宁 沈阳 110141）

汽车发电机噪声测试分析

张 聪

（华晨汽车工程研究院 路试处，辽宁 沈阳 110141）

噪声问题已经成为汽车交流发电机生产企业发展的瓶颈，借助国内某知名企业的先进噪声实验室，进行发电机噪声测试分析。对噪声测试影响因素、测试要求、测试设备进行分析，测出发电机A声级主要阶次成分噪声。对噪声测试结果分析表明，发电机整体噪声在低转速区间问题较大，找出噪声主要阶次成分随转速变化的规律，确定引起噪声的主要阶次成分。为发动机降噪方案设计提供依据。

交流发电机；噪声；测试；阶次

CLC NO.:U467.3Document Code:AArticle ID:1671-7988(2014)07-60-04

前言

电机噪声控制是环境保护所面临的最重要课题，噪声和振动又是电机的主要质量指标之一[1]。随着人们生活水平的提高，对汽车乘坐舒适性的要求也不断提高，发电机的振动噪声问题也引起了大家的广泛关注，成为汽车NVH研究的一个方向[2]。国内外对电机噪声的研究主要偏向于理论和仿真研究，1928年，DenHartog研究了一种计算单环形定子的固有频率的方法。1987年浙江大学陈永校等人指出电机应该控制电机气隙磁波的大小，使其远离定子的固有频率以防止产生共振。

理论和仿真研究与真实情况存在一定的差距，仿真过程中涉及到对某些条件的假设，在一定程度上影响到仿真结果的准确性。目前基于实际电机噪声试验数据的研究并不多见，本文基于真实的试验数据，对采集到的声压级-转速曲线图进行研究。

1、发电机噪声测试

1.1 测试影响因素

发电机噪声测试水平受许多因素影响。为了准确反映发电机的噪声水平，必须对测试影响因素分析。测试时，根据客户要求设定试验条件，以达到客户要求指标。下面对影响噪声测试水平的几个主要因素进行分析。

（1）温度：噪声实验室的温度对发电机的工作特性有很

大影响，进而影响发电机的噪声。

（2）状态：在同一变速率下，发电机冷态工况与热态工况测得的噪声声压级-转速曲线差别很明显，出现峰值的共振转速也不同[3]。这可能是因为冷态与热态时发电机的结构振动固有频率不同所致，振动固有频率的变化使激起发电机共振的转频改变，自然发电机由结构振动引起的噪声声压级出现峰值的共振转速也发生相应的变化。

（3）测试点：采集数据时，传声器的放置位置需要根据客户要求而定。

1.2 测试要求

发电机通风噪声和电磁噪声测试试验条件要满足以下相应要求。相比于生产厂家预先制定的标准，其他噪声（电刷噪声、轴承噪声）在相应的新标准下测试也达到了很好的效果[4]。

1.2.1 通风噪声

（1）条件。a) 外界温度：室温；b) 测试转速区间：1 500～最大转速（100 rpm/s）；c) 测试点：发电机前、后、左、右方30 cm2范围内；d) 空载；e) 测试阶次：全阶次、6th、12th、18th等。

（2）要求。无其他噪声影响，必须符合HMC/KMC说明书中规定。

1.2.2 电磁噪声

（1）条件。a) 外界温度：室温；b) 端电压：13.5 V；c) 状态：冷态；d) 测试转速区间：1 500～最大转速（100 rpm/s）；e) 测试点：发电机前、后、左、右方30 cm2范围内；f) 负载：100%；g) 测试阶次：全阶次、30th、36th等。

（2）要求。无其他噪声影响，必须符合HMC/KMC说明书中规定。

1.3 测试设备

该噪声实验室具有很高的声吸收性能，在测试频率范围内所有频带和选定的测试表面有合适的自由声场。

试验台上发电机的安装支座用于固定待测的发电机中，传声器升降设备的安装要求中心在发电机中心的纵轴线上，升降设备底面的四个传声器安装在同一平面上，且均匀分布，符合测试要求中对发电机前、后、左、右方采集数据，测试时传声器距离发电机中心的位置需要根据客户的要求而定。

本次试验分两次完成，通风噪声数据在空载状态下采集，电磁噪声数据在全负载状态下采集，且两次试验均在发电机热态下进行。根据客户要求仅对发电机侧（风扇端）、前、后三个方位采集数据，传声器安装在发电机的这三个方位。试验结束后，数据通过数据采集系统自动输入计算机。

2、A声级主要阶次成分噪声分析

下面对发电机样件XX（以下简称“发电机XX”）和发电机标准件KD（以下简称“发电机KD”）的整体噪声、通风噪声和电磁噪声的声压级-转速曲线图进行对比分析，针对采集到的阶次图特点，选择全阶次噪声、12阶次成分噪声和36阶次成分噪声的声压级-转速曲线图为主要分析对象。

2.1 发电机侧、前、后方整体噪声对比分析

图1、2、3为发电机XX和发电机KD在全负载状态下测得的侧、前、后方整体声压级-转速曲线图。对发电机侧、前、后三个位置采集数据，反映出发电机不同部位辐射噪声的情况。

图1中大约在2 000～4 000 rpm发电机XX噪声表现明显。图2中大约在1 500～6 000 rpm发电机XX噪声表现明显。图3中大约在1 800～4 000 rpm发电机XX噪声表现明显。

通过对比分析可知，发电机XX在低速区间1 500～4 000 rpm噪声水平明显高于发电机KD，最多高大约10 dB(A)，且在此区间内，多处有峰值，这可能是结构共振引起的，具体还要根据该转速下的转频和电机结构固有频率分析出共振频率。图2中大约在10 000 rpm处负载工况有明显峰值，这是发电机发出异响，可能是电磁激振力引起的电机结构共振，同样是降噪过程中需要解决的问题。

2.2 发电机侧、前、后方12阶次噪声对比分析

图4、5、6为发电机XX和发电机KD在空载状态下测得的侧、前、后方12阶次声压级-转速曲线图。

图4、5中大约在3 000 rpm以后发电机XX噪声表现明显，且随着转速的增加，噪声也随之增大；侧方测量位置为风扇端，图4中发电机XX噪声水平随着转速的增大明显高于标准件KD，最多大约高20 dB(A)，该组数据能更加确切的反映发电机XX的通风噪声水平。

图6中大约在3 800～6 000 rpm发电机XX噪声比发电机KD表现明显，最多高大约10 dB(A)左右，在11 000 rpm以后出现多处峰值，通风噪声比较严重。通过对图4、5、6进行对比分析，得出发电机XX通风噪声问题较为严重，降噪方案设计过程中需要对风扇结构和风路重新优化设计。

2.3 发电机侧、前、后方36阶次噪声对比分析

电磁噪声是由于发电机气隙中磁通相互作用，产生随时间和空间变化的径向力波，使定子铁芯和机座振动，引起周围空气脉动而发出的气隙噪声。电磁噪声会随着外加电压及

负载的升高而增大。图7、8、9为发电机XX和发电机KD在全负载状态下测得的侧、前、后方36阶次声压级-转速曲线图。

图8中在6 000 rpm以下发电机XX噪声水平比较明显。图8、9中发电机XX噪声水平在整个转速区间内均表现明显，图8中大约在10 000 rpm左右，发电机XX噪声水平要高于发电机KD25 dB(A)以上。

通过分析发电机XX内部结构及各零部件相互作用关系可知，36阶次激振力是由发电机XX内部电磁场产生的电磁激振力。如果将发电机XX内部各零部件看作一个系统，那么36阶次电磁激振力则能够引起该系统产生结构共振，进而辐射出噪声。因此，要有效控制电磁激振力引起的噪声，就要从改进发电机XX内部结构入手，综合考虑各项影响因素，以减小电磁激振力对发电机XX噪声的贡献。通过和试验采集的其他阶次成分噪声对比分析可知，36阶次成分明显高于其他阶次成分10 dB(A)以上，并基本决定了该转速声级的大小。因此从噪声控制角度，确定发电机XX电磁噪声主要简谐成分为36阶次，这是其噪声特性中一致性好的方面。

3、结论

针对企业某型发电机XX存在的实际噪声问题进行研究，对噪声测试影响因素、测试要求、测试设备进行分析，采集数据。对数据分析结果表明：发电机XX在低转速区间1 500～4 000 rpm噪声水平突出；通风噪声主要是由12阶次成分贡献，随着转速的增加通风噪声增大较明显，表明发电机XX通风噪声严重；36阶次电磁激振力对发电机XX整体噪声水平贡献较大，尤其在低转速区间，主要是引起发电机内部结构共振，辐射出较大的电磁噪声。

[1] 陈永校, 诸自强, 应善成. 电机噪声分析和控制[M]. 杭州: 浙江大学出版社, 1987: 1-2.

[2] 刘敏, 董大伟, 闫兵. 车用交流发电机噪声特性及噪声源测试分析[J]. 2010, 24(6): 14-17.

[3] 惠颖男. 车用交流发电机噪声测试及降噪方法研究[D]. 成都:西南交通大学, 2011.

[4] ALTERNATOR ASSY(WITHOUT VACUUM PUMP)[S]. ES 37300-09, 2009: 6-8.

优化后的支架安装在发动机上，经800h交变及全速全负荷等发动机台架试验后，支架依然完好，未再发生过断裂，也未在零件表面找到任何细小裂纹，由此得出结论，本文对支架的分析、改进措施是成功的，技术路线是正确的。

5、结束语

（1）在零件的设计阶段，除了采取提高零件强度的一般措施（如选用更好的材料、适当增大危险结构的尺寸等）外，还可以通过另外一些设计措施来提高零件的疲劳强度，如尽可能降低零件上的应力集中，尽量减少零件结构形状和尺寸的突变，或者使其变化尽可能平滑和均匀[6]。

（2）Pro/mechanica软件具有简单、实用、快捷等优点，设计人员只要懂材料属性和应力应变知识，就可以进行复杂模型的分析工作。设计人员可以轻松的运用Pro/mechanica对模型进行有限元分析，找到零件的结构薄弱区域及应力集中部位，进行改善。从设计阶段就避免了零件结构不妥之处，避免因简单经验设计而造成的成本浪费以及开发周期延长。

参考文献

[1] 王章忠，机械工程材料[M]，北京：机械工业出版社，2001.5。

[2] 王国军，MSC.Fatigue疲劳分析实例指导教程[M]，北京：机械工业出版社，2009。

[3] 曹启章，刘朝晖，基于Pro/mechanica的扶梯梳齿支撑板的强度设计 [J]，机电工程技术2013,42（8）：54-56。

[4] 刘鸿文，材料力学[M]，北京：高等教育出版社，2004.1。

[5] 胡城立、朱敏，材料成型基础[M]，武汉：武汉理工大学出版社，2001.7。

[6] 濮良贵，纪名刚，机械设计[M]，北京：高等教育出版社，2006.5。

Noise Testing and Analysis of Vehicle Alternator

Zhang Cong

（Brilliance Automotive Engineering Research Institute Product, Verification Section, Liaoning Shenyang 110141）

Noise problem has become the bottleneck in the development of automotive alternator manufactures. With the aid of advanced noise laboratory, alternator noise test results were researched. Noise test and its influential factors, test requirements and test equipment were analysed, then, noise of the main order components in alternator together with its A sound level were tested. Analysis of the noise test results expatiate that the generator’s overall noise in the low speed range has a heavy problem. The law of the noise main order components with the rotating speed change was found out, then the main order components which cause the noise were identified. Finally, the basis for the design of the engine noise reduction program is provided.

alternator; noise; testing; order

U467.3

A

1671-7988(2014)07-60-04

张聪，就职于华晨汽车工程研究院。