汽车交流发电机降噪优化设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种汽车交流发电机降噪优化设计方法,该方法包括如下步骤：步骤一：建立电机结构三维有限元模型，利用有限元法对发电机的结构模态进行计算，得出发电机各主要零部件及整机的模态特性，最后模态仿真与实验的对比分析，根据结果对有限元模型进行调整；步骤二：在对电磁力特性的研究基础上,通过对比不同加载方式的计算结果,用电磁力简化加载方式对发电机电磁振动响应进行计算；步骤三：应用瞬态边界元法进行电磁声辐射计算,得到各振动响应的声辐射结果。本发明方法对电机的结构模态进行分析，从模态实验中提取结构参数，预知振动形态，对结构进行改进，防止共振现象的产生，进一步对结构进行优化。
【专利说明】汽车交流发电机降噪优化设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于汽车降噪领域，具体涉及一种汽车交流发电机降噪优化设计方法。
【背景技术】
[0002] 汽车在中国越来越普及，人们对汽车的舒适性要求也越来越高。车用发电机做为 汽车上必不可少的一部分，其噪声标准也越来越严格。
[0003] 车用交流发电机的噪声主要通过固体和空气传播两种途径传递到车辆的车室内， 中国的各大汽车生产商对供应商所提供交流发屯机的NVH性能要求也日益严格。所W发电 机的噪声大小不仅反映了其生产质量，同时也一定程度上决定了其市场竞争力。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种汽车交流发电机降噪优化设计方法， 通过建立汽车电机结构H维有限元模型，对电机的结构模态进行分析，从模态实验中提取 结构参数，预知振动形态，对结构进行改进，防止共振现象的产生，进一步对结构进行优化。
[0005] 本发明的技术方案是：一种汽车交流发电机降噪优化设计方法，其特征在于，包 括如下步骤；步骤一：首先建立电机结构H维有限元模型，然后利用有限元法对发电机的 结构模态进行计算，并与模态实验进行对比分析，W验证仿真计算的可靠性，并得出发电 机各主要零部件及整机的模态特性，最后模态仿真与实验的对比分析，根据结果对有限元 模型进行调整；步骤二：在对电磁力特性的研究基础上，通过对比不同加载方式的计算结 果，用电磁力简化加载方式对发电机电磁振动响应进行计算；步骤H ;将电磁振动结果导 入LMS VirtuaL L油中，应用瞬态边界元法进行电磁声福射计算，得到各振动响应的声 福射结果。所述步骤一中；有限元模型的建立是在有限元软件Hyper Mesh中完成的，包括 发电机前端盖、定子、后端盖及整机的有限元模型，转子W集中质点的方式施加在整机模型 中。所述前端盖、后端盖与定子的接触部分采用部分节点称合的方式形成刚性连接。所述 前端盖、定子和后端盖的模态计算均是在自由状态下进行，只取3000化W下的模态。所述 有限元模态计算方法采用兰索斯法。所述整机的模态特性测量是在发电机前端盖、定子、后 端盖和罩盖的圆周表面上各选取18个点，每隔20°选取一点作为测点；全约束节点在测 量时直接跳过，在定子上选取一个响应较好的固定节点做为H相传感器的测量点，采用移 动力键的方法进行发电机模态测试，力键沿着径向敲击各测点。每个测点敲击5遍，每遍 敲击3次，W减小实验误差。所述步骤H为：在Hyper Mesh中建立了发电机声学模型，在 VirtuaL Lab中模拟发电机的噪声测试环境及测点位置建立半消声室声学仿真环境和W发 电机中也为半径的场点，把计算得到的强迫振动响应结果做为边界条件进行声福射计算， 得到发电机在1830化、1850化和2790化下的电磁声福射结果；对电磁力的不同加载方式下 的强迫振动进行声福射计算，得出不同加载方式下声福射结果。所述设计方法还包括步骤 四：计算定子变形和偏也情况下的电磁噪声。
[0006] 本发明有如下积极效果：通过建立汽车电机结构H维有限元模型，对电机的结构 模态进行分析，从模态实验中提取结构参数，预知振动形态，对结构进行改进，防止共振现 象的产生，进一步对结构进行优化。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1为本发明【具体实施方式】发电机模态实验示意图。
【具体实施方式】
[0008] 下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件 的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及 操作使用方法等，作进一步详细的说明，W帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术 方案有更完整、准确和深入的理解。
[0009] 本发明方法包括H个步骤，下面按步骤介绍本发明方法的思路： 步骤一、电机结构模态分析与优化设计； 电磁噪声主要是指电磁力与电机结构振动模态发生共振而向外福射的噪声，因此对电 机进行结构振动模态分析，掌握模态固有频率和振型，是深入进行电磁噪声研究的基础。
[0010] 首先建立电机结构H维有限元模型，然后利用有限元法对发电机的结构模态进行 计算，并与模态实验进行对比分析，W验证仿真计算的可靠性，并得出发电机各主要零部件 及整机的模态特性。最后模态仿真与实验的对比分析，根据结果对有限元模型进行调整，从 而提高有限元模型的精确度，为进一步结构优化设计提供前期准备。
[0011] 1.电机结构H维有限元模型的建立 结构动力学特性的研究有多种方法，模态分析是一种近代产生的方法。我们知道模态 是机械结构的固有属性，与外界因素无关，模态参数包括固有频率、阻尼比和固有振型。模 态参数的获取可W通过实验和计算两种途径，，该个获取模态参数的过程叫做模态分析，前 一种方法叫做实验模态分析，后一种又分为解析法和数值计算法，有限元法计算模态就是 基于后者的数值计算法求解的。
[0012] 固有模态只和结构自身的固有特性有关，，与外界因素无关。结构在外力作用下的 振动响应是各模态强迫振动响应的线性叠加。可见模态计算是强迫振动响应计算的基础。 当振动系统是多自由度系统时，此时存在多阶模态，每一阶模态都对应着其模态参数，，包 括固有频率、模态质量、固有振型、模态刚度和阻尼比等。频率、振型和阻尼是模态参数中最 为重要的，如果系统是无阻尼的则只有频率和振型。模态计算很重要，通过模态计算能预知 结构产生共振的频率和共振时的结构变形，即可W为工程应用提供参考，W避免共振所产 生的弊端。
[0013] 车用交流发电机的结构复杂，主要由皮带轮、前端盖、定子、转子、风扇、后端盖、整 流器、罩盖等组成。发电机各零件的加工方法可知道各个零件的几何特征均比较复杂，微小 的几何特征（例如倒角）特别多，而有限元模型节点过多直接影响到计算速度且对计算机 的内存要求也明显提高。考虑到计算机的承受能力，在有限元模型建立时根据几何特征对 模态的影响大小对其进行适当简化，省略掉许多边角结构，W提高其运算速度。
[0014] 项目有限元模型的建立是在有限元软件Hyper Mesh中完成的，只建立了发电机前 端盖、定子、后端盖及整机的有限元模型，转子及其他部分W集中质点的方式施加在整机模 型中。
[0015] 发电机前后端盖与定子的装配在设计阶段采用的是过盈配合，在实际产品上它们 之间是间隙配合，在发电机运行过程中又因热胀冷缩前后端盖与定子间的配合会变得更紧 密，所W前后端盖与定子的配合是比较复杂的。本文整机有限元模型中前、后端盖与定子的 接触部分采用部分节点稱合的方式形成刚性连接，螺栓连接部分采用beam和rigid单元进 行简化代替。发电机转子部件是通过轴承与发电机端盖连接，该里只考虑了其质量的影响， W集中质量点的方式施加在模型中，通过reb3单元将mass质点息挂在前后端盖轴承位置 处，转子部分的质量为2. 256X 10e-3T。
[0016] 2.模态仿真计算 ANSYS中虽说没有规定单位，但是用户要根据单位统一原则来自己定义，本文中各物理 量采取的举位制见表1，长度单位为mm,时间单位为S。
[0017] 表1计算使用的单位制
【权利要求】
1. 一种汽车交流发电机降噪优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一：首先建立电机结构三维有限元模型，然后利用有限元法对发电机的结构模态 进行计算，并与模态实验进行对比分析，以验证仿真计算的可靠性，并得出发电机各主要零 部件及整机的模态特性，最后模态仿真与实验的对比分析，根据结果对有限元模型进行调 整； 步骤二：在对电磁力特性的研究基础上，通过对比不同加载方式的计算结果，用电磁 力简化加载方式对发电机电磁振动响应进行计算； 步骤三：将电磁振动结果导入LMS VirtuaL Lab中，应用瞬态边界元法进行电磁声辐 射计算，得到各振动响应的声辐射结果。
2. 根据权利要求1所述的汽车交流发电机降噪优化设计方法，其特征在于，所述步骤 一中：有限元模型的建立是在有限元软件Hyper Mesh中完成的，包括发电机前端盖、定子、 后端盖及整机的有限元模型，转子以集中质点的方式施加在整机模型中。
3. 根据权利要求2所述的汽车交流发电机降噪优化设计方法，其特征在于，所述前端 盖、后端盖与定子的接触部分采用部分节点称合的方式形成刚性连接。
4. 根据权利要求3所述的汽车交流发电机降噪优化设计方法，其特征在于，所述前端 盖、定子和后端盖的模态计算均是在自由状态下进行，只取3000Hz以下的模态。
5. 根据权利要求4所述的汽车交流发电机降噪优化设计方法，其特征在于，所述有限 元模态计算方法采用兰索斯法。
6. 根据权利要求1所述的汽车交流发电机降噪优化设计方法，其特征在于，所述整机 的模态特性测量是在发电机前端盖、定子、后端盖和罩盖的圆周表面上各选取18个点，每 隔20°选取一点作为测点；全约束节点在测量时直接跳过，在定子上选取一个响应较好的 固定节点做为三相传感器的测量点，采用移动力锤的方法进行发电机模态测试，力锤沿着 径向敲击各测点，每个测点敲击5遍，每遍敲击3次，以减小实验误差。
7. 根据权利要求1所述的汽车交流发电机降噪优化设计方法，其特征在于，所述步骤 三为：在Hyper Mesh中建立了发电机声学模型，在VirtuaL Lab中模拟发电机的噪声测试 环境及测点位置建立半消声室声学仿真环境和以发电机中心为半径的场点，把计算得到的 强迫振动响应结果做为边界条件进行声辐射计算，得到发电机在1830Hz、1850Hz和2790Hz 下的电磁声辐射结果；对电磁力的不同加载方式下的强迫振动进行声辐射计算，得出不同 加载方式下声辐射结果。
8. 根据权利要求1所述的汽车交流发电机降噪优化设计方法，其特征在于，所述设计 方法还包括步骤四：计算定子变形和偏心情况下的电磁噪声。
【文档编号】H02P9/10GK104362918SQ201410662724
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月19日 优先权日:2014年11月19日
【发明者】许其山, 曾庆平 申请人:芜湖杰诺瑞汽车电器系统有限公司