车用发电机降噪优化设计

田素琴，谢佳茵，董芳余，林 琳

车用发电机降噪优化设计

田素琴，谢佳茵*，董芳余，林 琳

（辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州 121001）

文章使用静音室对某型车用交流发电机进行噪声试验，并通过LMS软件进行后期分析，找到影响噪声的关键阶次点为36阶次。针对该阶次点制定试验方案并对试验数据进行分析，确定发电机定子振动是产生噪声的主要原因，通过分析找到影响该阶次噪声的成因部件。参考以往的工程经验，对发电机进行优化设计，并将优化后发电机进行试验验证，最终得以改善。

发电机；噪声测试；阶次分析；优化设计

汽车行业经过百年发展，噪声问题一直是人们关注的焦点。有研究发现，汽车发电机在起步、怠速和停止时，偶尔会发出高频、刺耳的噪声，严重影响了车内的舒适性[1]。同时，随着车用发电机工作转速的提高，发电机噪声控制变得更加严格，特别是在发电机本身以及高端市场中，不仅要求总声级达标，单一谐次分量同样需要控制。为此，分析车用发电机的噪声成因、完成产品的降噪优化，是现有发电机企业必需解决的问题。本文以某企业车用发电机产品为例，尤其针对其低速时噪声超标问题，提出降噪优化设计，进一步提高产品品质及汽车驾乘舒适性，起到了重要的理论意义和工程实用意义。

1 车用发电机噪声测试试验

1.1 试验目的

通过台架试验，采集车用发电机噪声数据，并对其进行阶次分析。同时，在噪声特性分析基础上，对相关部件加以整改，以实现发电机降噪。

1.2 试验对象

选取某企业的电磁式有刷内置双风扇车用交流发电机为测试对象。据主机厂反馈，该配套发电机在起动瞬间产生人耳可辨的嘘啸声。

1.3 试验方法

本次试验参照标准《旋转电机噪声测定方法及限值第1部分：旋转电机噪声测定方法》（GB/T10069.1－2006）[2]，应用半球面法测量发电机噪声，并同步采集转速信号。试验采用的发电机工况为冷态升速测试，速度变化率为150 (r/min)/min，传动皮带张紧力为800 N。

1.4 试验仪器及设备

试验在半消音室中进行，采用比利时LMS公司的LMS Test.Lab分析仪完成数据采集、信号处理及分析[3]。试验所用测试平台如图1所示。

图1 交流发电机现场测试图

2 车用发电机噪声特性分析

通过对选取发电机进行噪声测试（见图2），发现其在低速区时噪声超过负载标准，尤其在 1800 r/min、2000 r/min分别出现了86 dB、89 dB噪声峰值，这说明客户反映的嘘啸声确实存在。需对该款发电机进行改进，并对试验结果进行分析。

图2 发电机负载噪声试验结果

1.噪声频谱分析

对测试结果进行频谱图分析，如图3所示，可以看出该型发电机36阶次较其他阶次噪声都高。

图3 发电机噪声频谱图

2.36阶次噪声源分析

对该款发电机进行空载测试，即发电机旋转但不发电，此时只有机械噪声和通风噪声没有电磁噪声。分离出36阶次，并将36阶次负载噪声及空载噪声进行对比分析，结果如图4所示，得出如下结论：

1）在转速7000 r/min之前36阶次的负载噪声比36阶次空载噪声高出许多，即在7000 r/min之前，36阶次的负载噪声就是电磁噪声。可以看出，在中低转速时，电磁噪声在发电机负载总噪声中占主导作用。

2）在问题转速点附近，36阶次噪声与发电机负载总噪声相似度极高，是主要噪声源。

3）从负载噪声和空载噪声中分离出6阶次和12阶次进行比较，其空、负载噪声基本一致，排除其对36阶次电磁噪声进行叠加的可能。可以得出电磁噪声是36阶次本身产生，与6、12阶次无关，而发电机部件中阶次为36的只有定子，因为定子槽数为36。

4）电磁噪声主要来源于电磁振动，是由发电机气隙磁场作用于发电机铁芯产生的电磁力激发所引起的[4]。笔者对定子铁芯的振动进行分析测试，发现发电机在负载工况下，超标转速点附近定子振动加速度三方向明显都比空载高出许多，说明超标噪声来源于此振动现象。

图4 发电机36阶次噪声试验结果

3 车用发电机降噪优化设计

3.1 定子的改进设计

由前文分析的噪声成因可知，本车用发电机降噪需针对定子异常振动进行改善设计，即分别对定子铁芯和定子绕组进行振动改善。

3.1.1 定子铁芯的改进设计

定子铁芯由硅钢片叠成，通过增加叠片的数量，从而提高定子铁芯的刚度，减小振动产生，以达到改善噪声的目的。依照此方案制作改善样件进行噪声测试，结果显示改善后样件噪声有所降低。

3.1.2 定子绕组的改进设计

定子绕组是三组用漆包线对称地嵌入定子铁芯槽内的线圈，是通过滴入绝缘漆固定在定子铁芯槽内的。因此，可增加滴漆量使定子绕组更好的固定在铁芯槽内，减少定子绕组的振动。依照此方案制作改善样件进行噪声测试，结果显示在低转速时噪声有所改善。

3.2 转子的改进设计

定子的振动其中一部分原因是转子产生的磁场电磁力撞击定子铁芯产生的，说明转子提供相对稳定的磁场对于减少定子振动起到至关重要的作用。所以减少转子的振动也是改善发电机电磁噪声的重要手段。

由以往工程经验可知，增加斜槽可以降低电磁噪声，斜槽可使径向力波沿电机轴向的轴线发生相位移，使得沿轴向平均径向力降低[5]。同理，本设计增大转子的倒角也可达到降低电磁噪声的目的，如图5所示。对改善样机进行测试，结果显示低速电磁噪声有明显降低。

图5 改善前后爪极式样的对比示意图

3.3 其他部件的改进设计

3.3.1 端盖的改善设计

驱动端盖和电刷端盖支撑着定子铁芯。通过减少驱动端盖和电刷端盖的止口大小，使定子铁芯更紧的固定在它们之间[6]。依照此方案制作样件进行噪声测试，此改善方案有一定效果。

3.3.2 轴承间距改善设计

为了减小转子振动，将转子大轴承位置向右移动，以缩短转子两端轴承的距离，从而更稳定的支撑转子轴，减小转子的振动。制作改善后样件进行试验，在低速有少许改善。

3.4 整改后噪声测试

经过以上各部件的改进，超标发电机的负载噪声得到明显的降低，而且满足了主机厂要求。图6是改善前后发电机负载噪声对比曲线，可明显看出改善后较改善前负载噪声有明显降低。图7是改善后发电机空载状态下的测试结果，可以发现改善后空载噪声也有明显降低。

图6 改善前后发电机负载噪声对比图

图7 改善前后发电机空载噪声对比曲线

4 结论

1）对样机的噪声试验结果进行分析，找到了噪声产生的主要阶次为36阶；

2）根据制定的试验方案找到了影响36阶次噪声成因的主要部件；

3）依照以往工程经验完成了针对定子、转子、端盖、轴承间距等改进设计；

4）针对改进后的部件进行噪声测试，整机的负载噪声和空载噪声均有所降低，发电机整体性能指标得到提升；

5）改进后验证试验结果证明：当发电机的负载噪声降低以后，发电机的空载噪声也会随之下降。

[1] 昌诗力.车用发电机噪声试验分析及控制方法研究[D].重庆:重庆理工大学,2017.

[2] 中国国家标准化管理委员会.旋转电机噪声测定方法及限值第1部分:旋转电机噪声测定方法:GB/T 10069.1－2006.[S].北京:中国标准出版社,2006.

[3] 王天利,张相坤,杨亮.用阶次分析法识别起动机的异常噪声[J].噪声与振动控制,2014,34(1):169-172.

[4] 王冬梅,白锐,冯达,等.电动汽车永磁同步电机的有限元分析及优化[J].控制工程,2023,30(2):300-306.

[5] 石晓辉,昌诗力,施全,等.某款车用发电机低速噪声源的识别与控制[J].噪声与振动控制,2015,35(6): 69-73.

[6] 黄燕,王世余,蒋孝文,等.汽车交流发电机端盖栅格对其气动噪声和温度特性的综合影响[J].交通运输工程学报,2022,22(4):244-258.

Optimization Design of Noise Reduction for Vehicle Generator

TIAN Suqin, XIE Jiayin*, DONG Fangyu, LIN Lin

( Automobile and Transportation Engineering College, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China )

In this paper, the noise test of a certain type of vehicle alternator is carried out by using the silence chamber, and the LMS software is used to analyze the noise later, and the key level point is found to be 36 orders. According to this order point, the test scheme is established and the test data is analyzed. The main cause of generator stator vibration is determined, and the cause components affecting this order noise are found. Referring to the previous engineering experience, the generator is optimized, and the optimized generator is tested and verified, and finally improved.

Generator; Noise test; Order analysis; Optimal design

U467

A

1671-7988(2023)21-111-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.021.023

田素琴（1999－），女，研究方向为汽车服务工程，E-mail:3275539032@qq.com。

谢佳茵（1981－），女，硕士，讲师，研究方向为汽车噪声与振动控制，E-mail:xiejiayin918@163.com。