汽车爪极发电机电磁噪声振动特性研究

摘要

现代社会随着汽车的普及，人们越来越关注乘车的舒适性。车内噪声与乘车舒适性间有紧密的联系，而发电机和发动机是车内噪声的主要噪声源。由于发动机噪声研究控制已相当成熟，发电机噪声便凸显出来。本课题以车用交流发电机为对象，该发电机低转速时存在啸叫声，通过实验与仿真相结合来研究它的电磁噪声振动特性，为其减振降噪奠定基础。　　首先对发电机负载及空载工况噪声振动进行分析，与空载相比发电机在低转速负载状态下存在明显的噪声峰值，该噪声是定、转子间径向电磁力作用于定子齿导致结构共振辐射出来的，电磁噪声表现为转轴基频的36阶次。对发电机电磁振动一致性进行分析，噪声峰值频率与发电机壳体振动峰值频率相对应。　　其次在发电机噪声振动试验基础上，仿真分析了径向电磁力的频谱特性。利用Ansoft建立爪极发电机三维有限元模型，采用时步有限元法对发电机进行瞬态磁场仿真，得出空载及负载时定、转子气隙间的磁场密度的变化，并计算出径向电磁力。对发电机某一个定子齿上径向电磁力进行频谱分析，确定其主要频率成分。　　接着采用试验模态与计算模态相结合的方法，对发电机定子，壳体，整机的固有频率及模态振型进行对比分析，并与径向电磁力的频率值相比较，确定发电机电磁噪声是由电磁力导致结构共振。　　最后依据以上的试验仿真分析结果提出改进措施，从定子与壳体间增加阻尼材料降低传递至壳体振动及改进壳体结构从而改变其模态两方面入手。对改进后的发电机进行分析，验证改进措施的可行性。　　本文应用试验与仿真相互验证的方法对发电机的电磁噪声振动进行分析，为同类型发电机解决电磁噪声振动问题提供了依据，具有一定的工程应用参考价值。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 发电机电磁力国内外研究现状

1．2．2 发电机结构模态的国内外研究现状

1．2．3 发电机噪声辐射国内外研究现状

1．3 本课题主要研究内容

第二章 爪极发电机的机理分析

2．1 爪极发电机的结构和工作原理

2．1．1 发电机的—般结构

2．1．2 发电机的工作原理

2．2 发电机的主要噪声源及噪声特性

2．2．1 电磁噪声

2．2．2 机械噪声

2．2．3 空气动力噪声

2．3 车用发电机的噪声识别方法

2．3．1 电磁噪声识别方法

2．3．2 空气动力噪声识别方法

2．3．3 机械噪声的识别方法

2．4 本章小结

第三章 爪极发电机振动噪声试验

3．1 测试试验流程及分析方法

3．1．1 试验的测试系统

3．1．2 试验仪器及参数设置

3．1．3 试验数据分析的方法

3．2 发电机噪声振动测试对比分析

3．2．1 负载时发电机噪声振动分析

3．2．2 空载时发电机噪声振动分析

3．2．3 电磁噪声试验分析

3．2．4 电磁噪声振动一致性分析

3．3 改进方案及验证

3．3．1 发电机机壳改进方案对比分析

3．3．2 发电机添加阻尼材料方案分析

3．4 本章小结

第四章 爪极发电机三维电磁场仿真

4．1 爪极发电机电磁分析理论

4．1．1 爪极发电机的电磁转矩

4．1．2 爪极发电机的径向力波

4．2 三维电磁场基本理论

4．2．1 麦克斯韦电磁场理论

4．2．2 位函数及其微分方程

4．2．3 三维瞬态场的计算原理

4．2．4 电磁场中的边界条件

4．3 三维有限元模型的建立

4．4 发电机气隙磁场的计算

4．5 发电机径向电磁力计算

4．6 本章小结

第五章 爪极发电机结构模态分析

5．1 结构动力学概念

5．2 结构动力学有限元分析理论基础

5．3 模态试验

5．3．1 模态试验澍试系统

5．3．2 模态试验方案

5．3．3 模态试验过程

5．3．4 模态数试验据分析

5．4 模态仿真计算结果

5．4．1 定子铁芯固有频率

5．4．2 绕组对定子模态的影响

5．4．3 机壳对定子模态的影响

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况