基于Virtual.lab安装挂脚设计对车用发电机电磁噪声影响的分析

1 发电机功能及发电机噪音的介绍

      车用发电机是汽车供电的主要功能零件，其额定输出电流一般从90安到300安，在汽车怠速和运行时保证整车的供电需求并及时给汽车电池充电。由于发电机与发动机之间由皮带实时连接，为了达到输出的自由控制和最高的发电功率密度，车用发电机往往采用爪极式的绕线励磁转子结构。

      随着整车NVH的控制技术的发展，传统噪音源变得越来越安静，使得车用发电机的噪声问题变得越来越突出，进而得到的越来越的重视和研究。车用发电机噪声可分为机械噪声、风噪以及电磁噪声。机械噪声主要来源有转子不平衡、轴承滚动以及碳刷与集电环摩擦等。风噪主要来源有离心式散热风扇、前后爪极以及风扇与端盖之间气流干涉等等。电磁噪声则主要源自发电机发电过程中电磁力激励的定/转子振动。为了达到最大的发电功率密度，车用发电机通常采用整距绕组配以全桥整流电路。但也因此使得电机的电流谐波增加，齿槽扭矩与扭矩脉动叠加，整体电磁噪音增大。其中转子振动引起高频噪声直接通过空气传到人耳。定子与前后端盖通过四个螺栓紧固，所以定子振动引起前后端盖乃至整机的振动，前后端盖的振动通过空气传入人耳。电磁噪声发生频率较高，怠速乃至中、低速阶段发电机电磁噪声越来越明显，已经成为各OEM客户十分关心的问题。       之前已经有很多关于发电机电磁噪声的研究，但是鲜有涉及外部结构对发电机电磁噪声的影响。本文围绕整车匹配时，挂脚设计对爪极发电机电磁噪声的影响作出相关分析。

  2 发电机整车匹配遇到的噪声问题

      如果不考虑工艺引起的加工误差和装配误差，同样的定转子设计意味着同样的输出、以及同样的电磁力分布。现有两款110A输出的发电机，其定转子设计相同，唯一的区别在于挂脚设计。由于各自匹配的客户发动机设计布局不同，所以给客户1设计的发电机M1有两个径向挂脚，一个轴向挂脚，三个挂脚均在前盖上，如图1所示。给客户2设计的发电机M2有两对轴向挂脚，即前盖有两个轴向挂脚，后盖有两个轴向挂脚，如图1所示。

图1 给客户的设计M1（左）和M2（右）

      M1与M2都是3相6对极，定子槽数为36槽，输出性能一致，但是在噪音上的表现相差很大。其噪音实测对比如图2所示，特别在2500转-4000转之间，个别转速下总声功率级甚至相差近8dBA。1000转-4000转之间的噪声主要由电磁噪声引起，其中又以36阶为最主要贡献源，个别转速下30、42、72阶等其他阶次也体现一定的贡献量。根据以往的经验很难解释如此巨大的差异，为了找出该差异的根本原因，我们利用Siemens公司的Virtual.lab Acoustic软件对两个模型进行了噪声仿真。