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行业资讯

发电机NVH详细讲解

一 发电机结构

发电机的结构主要包括4大部分:定子、转子、整流桥和调节器。

定子:产生电流功能

转子:诱发发电功能(电磁铁)

整流桥:交流电流→转换为直流电流

调节器:调节电压功能       

                 图1 发电机结构

二 发电机噪声分类

发电机噪声主要分为电磁噪声、风扇噪声和轴承噪声。电机低转速主要是以电磁噪声为主,高转速主要是以风扇噪声为主。




图2 发电机噪声

1、电磁噪声

低转速时由于共振原因(产品结构设计,特别是定子的尺寸和结构、转子的尺寸和结构所致,此时的发电机噪音以电磁噪音为主)。




图3 电磁噪声

2、风扇噪声

由于风扇叶片形状设计和材料不合理导致,风扇噪声在高转速对发电机影响最大。



图4风扇噪声

3、轴承噪声

轴承噪声对电机贡献较小,一般除去轴承故障以外,不会影响感知。




图5 轴承噪声

三 电机噪声的识别

1、电磁噪声的识别

1)改变外加电压法

2)切断电源法

2、发电机厂家空气动力噪声识别

1)根据电机的通风特点,从频谱上初步分析

2)风扇取下,做对比试验

3、机械噪声识别

1)轴承噪声,更换轴承

2)碳刷引起的噪声,提起碳刷

3)不平衡引起的噪声,频谱图中识别

四 电磁噪声机理及优化方向

受到电磁力的时候定子变形振动,导致高频噪音。定子/转子的主要共振集中在发电机低速区域。

案例:原状态的转子如下图左侧,爪极为前后两片,中间的转子铁芯分别集成在爪极上面,优化后的结构如下图右侧,爪极为前后两片,中间的转子铁芯为独立的零件。




图6 转子结构(左:优化前 右:优化后)

优化前后效果对比如下图所示,改变转子频率后低转速噪声改善明显:




图7 改变转子结构效果

电磁噪声产生机理:

当转子转动时形成旋转磁场,引起交变电磁力,其作用在定子齿槽上,产生径向及切向电磁力分量,电磁力使定子齿槽产生振动,电机的固有频率与电磁力波的激振频率相互作用引起的共振变形从而引发声辐射产生高频电磁噪声。




图8 电磁噪声产生机理




图9 电磁噪声产生机理

电磁噪声的根源及特点:

1、气隙中交变磁场的时间空间变化带来的“寄生效应”;

2、气隙磁密变化产生的电磁力造成的定子变形是电磁噪声主因;

3、结构、缺陷、材料特性因素加剧了电磁振动与噪声,包括了齿槽开口结构、线圈绕组分布,偏心、加工缺陷,气隙磁导波动,磁致伸缩、磁饱和;

4、与时间/空间密切相关,高阶谐波;

5、主振/声源:定子总成;

6、电磁噪声辐射声功率占比很低约总能量的10-6-10-4;

7、电磁噪声的主阶次计算方法:主阶次=单边爪极数*2*相数,例3相6对极36槽发电机,6*2*3=36阶。




图10 电磁噪声产生机理

电磁噪声为电磁力与定子间相互作用产生,而径向电磁力为主要贡献,切向电磁力贡献较小一般不予考虑,电磁力的特点:

1、气隙中产生时刻变化的旋转磁场,引起交变电磁力;

2、交变电磁力作用在定子齿槽上,产生径向及切向电磁力分量;

3、气隙磁场除主磁通外,还存在很多与极对数、槽数呈倍数关系的谐波磁通;

4、电磁力使定子齿槽产生振动变形进而引发声辐射产生高频电磁噪声。

影响电磁噪声的因素---转矩波动,由输入的励磁电流产生,分为三个因素:

1、由脉宽调制PWM引起的电流波动;(BSG电机特有)

2、相电流整流;

3、弱磁控制等控制策略引起的转矩波动。

转子的静/动偏心对电磁噪声的影响:

1、安装或制造误差产生的气隙偏心使磁导沿圆周产生单边磁拉力;

2、单边磁拉力使磁势基波附近增加谐波分量。

齿槽噪声:

1、受定子齿槽的存在影响,磁导呈周期性变化;

2、磁导变化引起气隙磁密大小的周期性变化,产生齿槽谐波噪声;

3、齿槽谐波噪声的阶次与定子的齿槽数一致。

电磁噪声主阶次是多种来源多种配合的叠加,与极对数、槽数、电机转速密切相关。

控制电磁噪声设计建议:

1、刚性定子和转子设计可有效避开共振点,降低电磁噪声峰值。

2、控制转子动不平衡量,法雷奥生产控制在15g.mm以下,博世发电机控制为20g.mm以下。

3、发电机转速与车辆传动装置相匹配避免磁通量谐振(转子动不平衡量差会影响该轴上的所有其它阶次)。

4、减小气隙动态偏心---两极爪间焊接或者装配非导磁材料( 一般为不锈钢) 的圆环,以提高转子的刚性,合理选择转子轴的硬度,控制成批量轴的热处理硬度,合理设计发电机挂角,避免因装配导致偏心。

5、定子铁芯与前后铝端盖采用弹性联接,可将定子与前后端盖之间的大约 2mm的间隙用导热橡胶填封。

6、选择合理的槽开口尺寸---气隙磁阻在旋转时是在变化和波动,气隙磁场出现很多“槽开口波”,与气隙和槽开口大小有关,气隙越小,槽口越宽,幅值越大,电磁噪声也就越大。在不影响发电机定子嵌线的前提下,尽可能选择小的槽开口尺寸。

7、定子冲片要迭压紧密,定子冲片迭压不紧,铁芯压装不紧,铁芯冲片振动将使电磁噪声加。


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