考虑安装结构对噪声影响的爪极汽车发电机噪声分析方法

摘要

本发明公开了一种考虑安装结构对噪声影响的爪极汽车发电机噪声分析方法，其特征是以发电机的质心为原点，建立空间直角坐标系，确定安装结构上的四个安装角的质心为待优化的参数，引入旋转柔度将电机机壳与安装结构解耦，建立考虑旋转柔度的电机机壳与安装结构的低阶解耦模型，对低阶解耦模型进行振动分析，调整四个安装角的质心位置，以使电机机壳向每个安装脚传输的力只有沿Z轴方向的分力。本发明使得对爪极汽车发电机电磁噪声的分析更为准确，并通过优化安装结构获得低噪声的爪极汽车发电机。

说明书

技术领域

本发明涉及爪极汽车发电机的噪声分析方法，特别是一种考虑安装结构对噪声影响的爪 极汽车发电机噪声分析方法。

背景技术

爪极汽车发电机电磁噪声产生机理及噪声辐射已成为广泛关注并研究的课题。研究电磁 噪声产生机理及电磁辐射机理，目的是为了在电机运行时减少电机的辐射噪声。目前常用的 研究方法是：通过集总参数和等效电路的建模仿真，以及相关实验技术，对电机运行时的电 磁噪声源进行研究，并通过抑制产生电磁噪声的电磁力以及改进电机定/转子的刚性，来达到 降低汽车发电机的电磁噪声要求。在这种研究方法中，假设爪极汽车发电机的一个主要噪声 辐射机制是定子铁心的动态响应、机壳、旋转转子和定子之间的脉动电磁力相互作用，并通 过降低转矩脉动来达到降低电磁噪声的目的。

事实上，除了电磁力和定转子刚性对爪极汽车发电机噪声有影响，发电机的安装结构对 噪声的影响也是很显著的。电磁噪声源、转矩脉动和安装结构相关性极高，爪极发电机的辐 射噪声随着装配参数的变化而改变。爪极汽车发电机存在一个与响应转矩脉动的安装结构有 关的噪声辐射机制，安装结构对噪声的反应，是爪极汽车发电机响应电磁转矩脉动造成的。 现有的分析方法在分析爪极汽车发电机电磁噪声控制技术时，忽略了安装结构对电机噪声的 影响，造成对爪极汽车发电机电磁噪声的分析不准确。而且，对于如何分析不同安装结构对 爪极汽车发电机噪声的影响，以便进一步控制爪极汽车发电机电磁噪声的问题，迄今没有相 关的公开报导。

发明内容

本发明为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种考虑安装结构对噪声影响的爪 极汽车发电机噪声分析方法，以使对极汽车发电机噪声的分析更加准确，并获得低噪声的爪 极汽车发电机。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明考虑安装结构对噪声影响的爪极汽车发电机噪声分析方法，其特点是按如下步骤 进行：

a、以发电机的质心为原点O1（0,0,0），以平行于发电机主轴的中心线方向为X轴方向， 以竖直方向为Z轴方向，以垂直于X轴和Z轴所在平面的方向为Y轴方向，建立空间直角坐 标系，确定安装结构上的四个安装角的质心在所述空间直角坐标系中的坐标O2（x_m、y_m、z_m） 为待优化参数，计算出待优化参数的最小值x_min、y_min、z_min和最大值x_max、y_max、z_max，所述 待优化参数需要满足的初始约束范围为：

x_m∈(x_min,x_max)y_m∈(y_min,y_max)z_m∈(z_min,z_max)；

b、引入旋转柔度将电机机壳与安装结构解耦

保持电机机壳与安装结构的相对位置不变，将每个安装角分解为平动和与电机主轴同旋 转方向转动的两个自由度，设置所述安装角的平动位移参数为：x_c、y_c、z_c，所述安装角的 旋转参数为：ψ_c、θ_c、φ_c；

则：每个安装脚各自不同的旋转柔度为：

每个安装脚各自不同的势能为:$W=\frac{1}{2}{D}_c^T\left[K\right]D_c---\left(2\right);$

式(2)中，D_c为的转置矩阵，K为安装结构的刚度，[K]为以所述刚度建立的刚度矩 阵；

c、根据步骤b中设置的电机四个安装脚的位移参数x_c、y_c、z_c和转动参数ψ_c、θ_c、φ_c， 以及安装结构的质量和刚度矩阵，建立考虑旋转柔度的电机机壳与安装结构的低阶解耦模型；

d、对所述低阶解耦模型进行振动分析，以每个安装脚的势能W为输入，以通过电机机壳 向每个安装脚传输的力F为输出,在所述初始约束范围内调整安装结构上四个安装脚的质心 坐标O2(x_m、y_m、z_m)的位置，获得对应位置下的每个安装脚上的力F，当所述每个安装脚 上的力F只有沿Z轴方向的分力时，爪极汽车发电机的噪声最低。

本发明考虑安装结构对噪声影响的爪极汽车发电机噪声分析方法，其特点也在于：所述 低阶解耦模型是将安装结构作为悬臂梁的理想模型。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明方法通过优化安装结构获得低噪声的爪极汽车发电机，使得对爪极汽车发电机电 磁噪声的分析更为准确。

附图说明

图1为本发明中爪极汽车发电机安装结构和电机机壳的耦合情况；

图中标号：1电机机壳；2安装结构；3安装脚。

具体实施方式

如图1所示，本实施例是以14V/500W爪极汽车发电机为例，考虑安装结构对爪极汽车发 电机的噪声影响，按如下步骤进行：

a、以发电机的质心为原点O1(0,0,0)，以平行于发电机主轴的中心线方向为X轴方向， 以竖直方向为Z轴方向，以垂直于X轴和Z轴所在平面的方向为Y轴方向，建立空间直角坐 标系，确定安装结构2上的四个安装角3的质心在空间直角坐标系中的坐标O2(x_m、y_m、z_m) 为待优化参数，计算出待优化参数的最小值x_min、y_min、z_min和最大值x_max、y_max、z_max，待优 化参数需要满足的初始约束范围为：

x_m∈(x_min,x_max)y_m∈(y_min,y_max)z_m∈(z_min,z_max)；

b、引入旋转柔度将电机机壳1与安装结构2解耦

保持电机机壳1与安装结构2的相对位置不变，将每个安装角3分解为平动和与电机主 轴同旋转方向转动的两个自由度，设置安装角3的平动位移参数为：x_c、y_c、z_c，安装角3 的旋转参数为：ψ_c、θ_c、φ_c；

则：每个安装脚3各自不同的旋转柔度为：

每个安装脚3各自不同的势能为:$W=\frac{1}{2}{D}_c^T\left[K\right]D_c---\left(2\right);$

式(2)中,D_c为的转置矩阵，K为安装结构2的刚度，[K]为以刚度建立的刚度矩阵；

c、根据步骤b中设置的电机四个安装脚的位移参数x_c、y_c、z_c和转动参数ψ_c、θ_c、φ_c， 以及安装结构的质量和刚度矩阵，建立考虑旋转柔度的电机机壳1与安装结构2的低阶解耦 模型，低阶解耦模型是将安装结构2作为悬臂梁的理想模型；

d、对低阶解耦模型进行振动分析，以每个安装脚的势能W为输入，以通过电机机壳1 向每个安装脚3传输的力F为输出,在初始约束范围内调整安装结构2上四个安装脚3的质心 坐标O2(x_m、y_m、z_m)的位置，获得对应位置下的每个安装脚3上的力F，当每个安装脚3 上的力F只有沿Z轴方向的分力时，爪极汽车发电机的噪声最低。

本实施例中当安装结构上四个安装脚的质心与发电机的质心在同一垂直线上(0、0、z_m) 时，每个安装脚3上的力F只有沿Z轴方向的分力，爪极汽车发电机的噪声最低，选用该位 置安装发电机能使得爪极汽车发电机噪声降低3dB。